Durante la última semana, y además compruebo que es un tema con constantes "discusiones" entre los
lectores del blog, ha habido especial debate sobre motores de 4 ó 6 cilindros. Intentaré aclarar un poco los conceptos dedicando 2 entradas consecutivas a alguna de las magnitudes físicas que definen un motor
cuando se ensaya. Concretamente voy a tratar del par y de la potencia.
¿QUÉ QUIERO, PAR O POTENCIA?
¿Qué
se prefiere un motor que entregue mucho par u otro que tenga una gran cifra de
potencia máxima? Se trata de una discusión común entre aficionados a los
motores. Por mi parte en el blog también he tratado periódicamente estos conceptos. Recomiendo leer "potencia del tractor" para enlazar con la actual entrada.
Para trabajar una parcela con una vertedera de 6 cuerpos se necesita “una gran fuerza” que venza la oposición de la tierra y así poder avanzar. ¿De donde proviene la fuerza?, el tractor debe vender la resistencia con el movimiento de rotación de las ruedas trasera, es decir con el par de giro de las ruedas. Pero ¿quién vence la resistencia del arado?, ¿es el par motor o la potencia motor? ¿Podría arar un tractor con motor “ridículo” de ciclomotor de 50 cm3?
Para trabajar una parcela con una vertedera de 6 cuerpos se necesita “una gran fuerza” que venza la oposición de la tierra y así poder avanzar. ¿De donde proviene la fuerza?, el tractor debe vender la resistencia con el movimiento de rotación de las ruedas trasera, es decir con el par de giro de las ruedas. Pero ¿quién vence la resistencia del arado?, ¿es el par motor o la potencia motor? ¿Podría arar un tractor con motor “ridículo” de ciclomotor de 50 cm3?
momento, par o “fuerza
de giro”: El Par Motor
La
fuerza es al movimiento rectilíneo como el par lo es al movimiento giratorio. Si
fuerza
es lo que se necesita para arrastrar un bloque de piedra por el suelo, par
sería lo que se necesita para mover una noria. La diferencia no es pequeña, en
el primer caso sólo es necesaria la fuerza “del músculo”, en el segundo es muy
importante la distancia a la que está aplicada respecto del eje de giro.
Momento de una fuerza (torque): Se
trata de una magnitud vectorial, obtenida como producto vectorial del vector de
posición del punto de aplicación de la fuerza con respecto al punto al cual se
toma el momento por la fuerza.
En el caso de un motor el valor del par dice con cuánta fuerza es capaz de hacer girar el motor o cuánta fuerza se puede sacar de ese giro.
En el caso de un motor el valor del par dice con cuánta fuerza es capaz de hacer girar el motor o cuánta fuerza se puede sacar de ese giro.
En el motor de un tractor los movimientos rectilíneos
de los pistones, se transforman en el cigüeñal en un movimiento rotativo y que
se transmite a la transmisión como par
y que es el resultado del producto de la fuerza centrifuga por el radio del
volante de inercia y que se mide en el SI como Newton * metro (Nm)
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| Misma fuerza, diferente par (F. Fiatagri) |
PAR Y TRABAJO: ANALOGIAS Y DIFERENCIAS
Ojo con los conceptos de “par” y “trabajo” que lleva a confusiones ya que ambos son el producto de fuerza * distancia.
Ojo con los conceptos de “par” y “trabajo” que lleva a confusiones ya que ambos son el producto de fuerza * distancia.
El Par se
mide en N*m y realiza un trabajo W
que se expresa en Julios (J) (energía que es el producto N*m) pero el trabajo
es potencia por tiempo W = P*t = F*v*t = F*d es decir, fuerza *
distancia y aquí puede venir la confusión pues tienen unidades iguales pero en
absoluto son conceptos equiparables. La diferencia es que para que la fuerza
ejerza trabajo tiene que haber un desplazamiento en la dirección de la fuerza. Es decir el momento es una magnitud
vectorial mientras que la energía es escalar.
En el
motor del tractor cada dos vueltas se aporta combustible (4 tiempos) y el
trabajo es W = M*2*2π (J);
Siendo M el valor del Par
motor (Nm), es decir que el trabajo es directamente proporcional al par motor
¿Qué es la Potencia?
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| Desarrollando, y midiendo, una Fuerza (Fiatagri) |
La
potencia mide la capacidad para realizar un trabajo en un tiempo determinado.
Imagínese que tenemos que hacer el siguiente trabajo: subir al pajar 10 sacos de paja.
El mismo trabajo se puede hacer o bien subiendo los 10 sacos en 1 viaje (habrá que ser muy fuerte para hacerlo pero alguno podría hacerlo), o se pueden subir sacos de 5 en 5 (2 viajes), o una tercera opción subir los sacos de 2 en 2 (5 viajes) o bien optar por dar más viajes y hacerlo de 1 en 1 (10 viajes) o ....
Imagínese que tenemos que hacer el siguiente trabajo: subir al pajar 10 sacos de paja.
El mismo trabajo se puede hacer o bien subiendo los 10 sacos en 1 viaje (habrá que ser muy fuerte para hacerlo pero alguno podría hacerlo), o se pueden subir sacos de 5 en 5 (2 viajes), o una tercera opción subir los sacos de 2 en 2 (5 viajes) o bien optar por dar más viajes y hacerlo de 1 en 1 (10 viajes) o ....
El trabajo realizado es el mismo, subir 10 sacos, pero empleando un tiempo diferente, es decir la potencia necesaria es diferente. Si se supone que el tiempo en cada
viaje es independiente del número de sacos entonces concluimos que para la primera opción, subir los 10 sacos en 1 viaje, necesitamos a alguien muy potente (un tractor de enorme potencia), y sin embargo para subir los 10 sacos en 10 viajes, a saco por viaje, nos basta con alguien no excesivamente fuerte (un pequeño tractor)
La potencia desarrollada en el caso de 1 viaje con 10 sacos es 2 veces superior a la 2ª alternativa, 5 veces superior a la 3ª y 10 veces a la última.
En el caso de un motor el concepto es el mismo: Cuanta mayor potencia desarrolle un motor, en menor tiempo será capaz de realizar un trabajo determinado.
La potencia desarrollada en el caso de 1 viaje con 10 sacos es 2 veces superior a la 2ª alternativa, 5 veces superior a la 3ª y 10 veces a la última.
En el caso de un motor el concepto es el mismo: Cuanta mayor potencia desarrolle un motor, en menor tiempo será capaz de realizar un trabajo determinado.
La
unidad de potencia (SI) es el vatio (W), aunque como en motores es una unidad
demasiado pequeña, se suelen usar el kilovatio (kW= 1.000 W); y en el mundo agrícola tenemos inculcado el Caballo de
Vapor (CV) = 735,45 W (el Caballo de vapor “inglés”, es ligeramente diferente, HorsePower
(HP) = 745 W)
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| Potencia = Fuerza * velocidad (Fiatagri) |
Un
ejemplo más, si en el caso de los sacos no hubiésemos utilizado el mismo tiempo
en cada viaje podría darse el caso de que por ejemplo subir los 10 sacos en 1
viaje se tardase 10 minutos, 1*10 = 10´; mientras que en el último caso cada
saco se sube en 1´, luego 10*1 = 10´. Es decir exactamente el mismo tiempo:
ahora lo que se ve es que se ha realizado el mismo trabajo en mismo tiempo, es
decir igual potencia (que recuerdo que es el producto de fuerza por velocidad),
¿qué significa esto?, pues que no importa como conseguir la potencia ya que se
puede conseguir vía fuerza o vía velocidad.
ENTONCES, VUELVO A PREGUNTAR, ¿POTENCIA O PAR?
En el
apartado anterior queda claro, espero, que la potencia es la cantidad de
trabajo que puede efectuar un cuerpo humano o una máquina.
La
ecuación que relaciona par motor y potencia es, P=M*w siendo w la velocidad angular (en rad/s), o lo que es
lo mismo la Potencia desarrollada es proporcional a la velocidad angular del
eje de transmisión. A mayor velocidad de giro o revoluciones mayor potencia.
Esta relación se mantiene hasta alcanzar el motor el máximo número de
revoluciones para el que se proyecta.
Si
nuestro motor da un par de 1000 Nm a 2.000 rpm (209 rad/s) origina una potencia
P=1000 x 209 = 209.000 W = 280 CV
Un F-1
no tiene más par que un tractor de 200 CV, pero el F-1 llega casi a 1000 CV
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| Si no hay desplazamiento la potencia es 0 (Fiatagri) |
Este
concepto es clave. Mientras que la potencia se conserva incluso al pasar del
movimiento lineal de los pistones al giratorio del cigüeñal o posteriormente de
la potencia transmitida al suelo por la rueda que vuelve a convertir el
movimiento giratorio en lineal, el par va cambiando “sin ton ni son”. La
potencia es la misma a la salida del cigüeñal que a la salida de la caja de
cambios e incluso una vez puesta en el suelo por la rueda.
Imagínese
un tractor de 50 CV frente a uno de 100 CV, el de 100 CV puede poner el doble
de potencia en el suelo que el de 50 CV pero sin embargo ese razonamiento no
vale para el par. Claro seguro que ahora el lector está pensando entonces lo
que de verdad me importa es el par. Sin embargo pensemos en nuestro “tractorcito
de 100 CV” que puede tirar de un remolque de 20000 kg , ahora pongamos
el McLaren de Fernando Alonso de 1000 CV a tirar del mismo remolque…. ¡ni lo
mueve!, luego ¡la potencia no importa, si no el par!
¿INDURAIN
O CONTADOR?
Parece
que Indurain tenía “más motor” que Contador, además analizando la forma de
subir el “tourmalet” por ambos ya indica algo. Indurain iba dando pocas
pedaladas, Contador da muchas más. Indurain podía, quizá, subir con un plato
grande y dar 30 pedaladas/min, Contador opta por un plato pequeño y da, por
ejemplo, 45 pedalas/min, pero el resultado es el mismo: ambos son unos
impresionantes campeones. P = M*w La velocidad angular no es la misma, tampoco el par, pero
el producto es igual
Indurain
sería un “motor diesel” con mucho par y pocas revoluciones. Contador, “motor de
gasolina”, muchas revoluciones pero poca fuerza. Ambos pueden ganar.
Un par motor
de 1000 Nm (100 kgm) significa que hace una fuerza de 100kg en un eje, con una
palanca de 1 metro .
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