¿Qué es y cómo se interpretan el Torque y la Potencia de un motor?
Estos conceptos los vemos con frecuencia en las tablas de especificaciones del motor de un automóvil o camión. Pero, ¿qué significan?, ¿Cómo los interpretamos?
El torque y la potencia son dos indicadores del funcionamiento del motor, nos dicen qué tanta fuerza puede producir y con qué rapidez puede trabajar.
El torque es la fuerza que producen los cuerpos en rotación, recordemos que el motor produce fuerza en un eje que se encuentra girando. Para medirlo, los ingenieros utilizan un banco ó freno dinamométrico que no es más que una instilación en la que el motor puede girar a toda su capacidad conectado mediante un eje a un freno o balanza que lo frena en forma gradual y mide la fuerza con que se está frenando.
Mientras observa la figura superior, tome un lápiz por los extremos con la punta de los dedos de ambas manos. Con los dedos de la mano izquierda trate de hacerlo girar (motor) y con la mano derecha trate de impedir que gire. Mientras más fuerza haga para impedir que gire, mayor será el esfuerzo que debe hacer para hacerlo que girar.
Se llama Torque máximo a la mayor cantidad de fuerza de giro que puede hacer el motor. Esto sucede a cierto número de revoluciones. Siguiendo el ejemplo de la gráfica en la figura inferior: Un motor con un torque máximo de 125 Nm @ 2500rpm significa que el motor es capaz de producir una fuerza de giro (Técnicamente conocido como “momento” o “par” torsional) de hasta 125 newton metro cuando está acelerado al máximo y gira a 2500 revoluciones por minuto. Recuerde que el motor esta acelerado al máximo (Técnicamente conocido como WOT ó wide open throttle) y no gira a las máximas revoluciones ya que se encuentra frenado por el freno dinamométrico.
Mientras mayor sea el torque máximo de un motor, más fuerte este es. Esto es interesante al momento de comparar motores ya que sin importar el tamaño, el tipo, el sistema de encendido ó el de inyección, un motor tendrá más fuerza que otro cuando su torque máximo sea mayor. La tendencia mundial es lograr motores con el torque más alto posible en todas las revoluciones y principalmente al arrancar. Este efecto se conoce como “motor plano”
¿Qué pasó con la potencia?
La potencia indica la rapidez con que puede trabajar el motor. La potencia máxima es el mayor número obtenido de multiplicar el torque del motor por la velocidad de giro en que lo genera. En el caso de la figura, el motor tiene una potencia máxima de 38 kW @ 3000 rpm.
Potencia = Torque x velocidad angular
Veamos las unidades:
En el sistema internacional el torque
se expresa en Nm (Newton metro)
La potencia se expresa en W (Vatios)
Debido a que los motores usados en la
industria automotriz, tienen muchos vatios se acostumbra usar el kW (Kilovatio)
1kW = 1000 W
Relaciones útiles:
Potencia (en kW) = (Torque (Nm)
--- Revoluciones por minuto del motor (rpm)) / 9550
1kW = 1,34 hp (Horsepower ó caballo de
potencia)
El PS es el caballo en el sistema métrico.
1kW = 1,359 PS
1Nm = 0,73756 lbf ft
Para concluir, es bueno recordar que:
La potencia es función de la cilindrada y de la velocidad de rotación de cigüeñal. De la cilindrada depende la fuerza de la explosión que, aplicada por la biela para hacer girar el cigüeñal, produce el par motor o esfuerzo de giro de rotación o de torsión que se mide en kilográmetros (kgm). Si por ejemplo el par motor vale 8 kgm., esto quiere decir que el esfuerzo de rotación del cigüeñal es como la fuerza de torsión o giro producida por un peso de 8 kilogramos suspendido del extremo de una manivela horizontal de un metro de longitud; o expresado en dimensiones más reales, si el codo del cigüeñal tuviese 10 cm. , la fuerza habría de ser de 80 kilogramos, aplicada tangencial y constantemente durante el continuo giro de aquél. El par motor, multiplicado por la velocidad de rotación, da el valor de la potencia según la siguiente fórmula P = (C o N) / 716 donde P es la potencia en caballos, C el par en kilográmetros y N el numero de revoluciones por minuto. Esta potencia real, mecánica, se llama también potencia al freno y expresa los CV. O HP. Efectivos que rinde el motor
Al explotar el combustible, este produce un aumento de temperatura dentro de la cámara que por consiguiente eleva la presión, lo cual empuja con fuerza el pistón hacia abajo y su movimiento se convierte después en el giro del cigueñal. Ahí se pueden medir dos magnitudes que nos sirven como referencia para saber la fuerza que la planta de poder es capaz de desarrollar: la potencia y el torque (también conocido ampliamente como par).
Un esfuerzo de torsión es lo que hacemos al
cerrar una llave de agua . Así también se puede medir de un motor su esfuerzo de
torsión. La magnitud que obtenemos se conoce como “torque de motor” y se mide en
Newton/metro; es decir, que el motor tenga un par motor de 150 Nm significa que,
si le pusiéramos un brazo de palanca que mida un metro de largo (o un engranaje
de un metro de radio), en el extremo tendríamos una fuerza de 150 Newtons (que
equivalen a 15.3 kg de fuerza o kilopondios).
El torque del motor cambia con su régimen de giro, porque las explosiones no
siempre son iguales. La fuerza de la explosión depende de cuánto se llene de
aire la cámara; cuanto más se llene, más fuertes son. Con el torque que tiene el
motor en cada régimen se puede dibujar un gráfico llamado “curva de torque” cuya
curva comienza siendo ascendente hasta que alcanza un cierto límite y, a partir
de ahí, empieza a decrecer. Este límite se conoce como “torque máximo”, e indica
cual es el régimen en el que el motor alcanza el máximo esfuerzo de torsión.
La relación de compresión es uno de los principales factores que influyen en
el funcionamiento de un motor de combustión interna, e indica la relación
existente entre el volumen total del cilindro, al encontrarse el pistón en la
parte más baja de su recorrido (llamado punto muerto inferior) y el volumen de
la cámara de combustión al ubicarse el pistón en la posición opuesta (punto
muerto superior). Mientras mayor sea esta diferencia, mayor será la presión
generada y por tanto la potencia al explotar la mezcla aire-combustible.
En el caso de los motores a gasolina, el límite en cuanto a la relación de
compresión es de aproximadamente 11:1, mediante el uso de control electrónico
del encendido y combustible de alto octanaje para evitar el autoencendido de la
mezcla.
Los motores a Diesel dependen de una elevada compresión, -que además genera alta
temperatura para el encendido del combustible- sólo se ven limitados por la
robustez de la construcción del motor. Lo común son relaciones superiores a
20:1.
Hay distintas formas de relacionar la potencia y el torque de un motor con otras
variables. Las más importantes son las siguientes:
-Potencia epecífica:
Es la potencia dividida entre la cilindrada. Es más fácil lograr una potencia
específica alta con motores de gasolina pequeños y que giran rápido.
-Par específico:
El torque motor en relación con la cilindrada. Los mejores suelen ser los
turbodiesel de gran cilindrada.
-Relación peso-potencia:
Si se divide el peso entre la potencia se tiene un indicador de los rendimientos
que puede tener un vehículo. Tradicionalmente se entiende que por debajo de 10
kg/HP el coche es un deportivo o un sedán muy rápido.
Al ser el elíxir que anima a los motores de combustión interna, la gasolina o el
Diesel, deben reunir una serie de características:
-Poder calorífico.
Representa la energía que almacena un combustible. A mayor poder calorífico,
mejor rendimiento y menor consumo.
-Indice octano.
Es la medida del poder antidetonante de un combustible. Si el índice octano es
igual a 100 es muy resistente a la detonación y viceversa. En el caso de los
Diesel, se produce un retraso en el encendido desde el momento de la inyección
hasta la cambustión total debido a la elevada presión y temperatura. El índice
cetano mide la capacidad de un combustible para quemarse en el menor tiempo
posible.
-Dosificación estequiométrica
Es la relación exacta e ideal entre la masa de aire y combustible que debe ser
introducida en el cilindro para que se produzca la combustión.
