Potencia
Estos conceptos los vemos con frecuencia en
las tablas de especificaciones del motor de un automóvil o camión. Pero, ¿qué
significan?, ¿Cómo los interpretamos?
Empecemos con una analogía:
Al sentirnos enfermos visitamos al médico para consultarle sobre nuestro
malestar. Luego de escuchar nuestra narración, nos realiza algunas pruebas
sencillas: nos toma el pulso y la
presión sanguínea. Estas pruebas le permiten conocer el estado de
funcionamiento del corazón. Es decir con qué rapidez y fuerza está trabajando
nuestro motor.
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
Fuentes de energía
Rudolf Diesel desarrolló la idea del motor
diesel y obtuvo la patente alemana en 1892. Su logro era crear un motor con
alta eficiencia. Los motores a gasolina fueron inventados en 1876 y,
específicamente en esa época, no eran muy eficientes.
Las
diferencias principales entre el motor a gasolina y el Diesel son:
· Un
motor a gasolina aspira una mezcla de gas y aire, los comprime y enciende la
mezcla con una chispa. Un motor diesel sólo aspira aire, lo comprime y entonces
le inyecta combustible al aire comprimido. EL calor del aire comprimido
enciende el combustible espontáneamente.
· Un
motor diesel utiliza mucha más compresión que un motor a gasolina. Un motor a
gasolina comprime a un porcentaje de 8:1 a 12:1, mientras un motor diesel
comprime a un porcentaje de 14:1 hasta 25:1. La alta compresión se traduce en
mejor eficiencia.
· Los
motores diesel utilizan inyección de combustible directa, en la cual el
combustible diesel es inyectado directamente al cilindro. Los motores a
gasolina generalmente utilizan carburación en la que el aire y el combustible
son mezclados un tiempo antes de que entre al cilindro, o inyección de
combustible de puerto en la que el combustible es inyectado a la válvula de
aspiración (fuera del cilindro).
Observe que el motor diesel no tiene
bujía, toma el aire y lo comprime, después inyecta el combustible directamente
en la cámara de combustión (inyección directa). Es el calor del aire comprimido
lo que enciende el combustible en un motor diesel.
En esta animación simplificada, el aparato
verde pegado al lado izquierdo del cilindro es un inyector de combustible. De
cualquier forma, el inyector en un motor diesel es el componente más complejo y
ha sido objeto de gran experimentación en cualquier motor particular debe ser
colocado en variedad de lugares. El inyector debe ser capaz de resistir la
temperatura y la presión dentro del cilindro y colocar el combustible en un
fino spray. Mantener el rocío circulando en el cilindro mucho tiempo, es
también un problema, así que muchos motores diesel de alta eficiencia utilizan
válvulas de inducción especiales, cámaras de precombustión u otros dispositivos
para mezclar el aire en la cámara de combustión y para que por otra parte
mejore el proceso de encendido y combustión.
Una gran diferencia entre un motor diesel y
un motor a gasolina está en el proceso de inyección. La mayoría de los motores
de barcos utilizan inyección de puerto o un carburador en lugar de inyección
directa. en el motor de un barco, por consiguiente, todo el combustible es
guardado en el cilindro durante el choque de aspiración, y se quema todo
instantáneamente cuando la bujía dispara. Un motor diesel siempre inyecta su
combustible directamente al cilindro, y es inyectado mediante una parte del
choque de poder. Esta técnica mejora la eficiencia del motor diesel.
La mayoría de motores diesel nos ofrecen un
testigo de luz de algún tipo que no se muestra en la figura. Cuando el motor
diesel está frío, el proceso de compresión no debe elevar el aire a una
temperatura suficientemente alta para encender el combustible. El tapón de luz
es un alambre calentado eléctricamente (recuerde los cables calientes que hay
en una tostadora) que ayuda a encender el combustible cuando el motor está
frío.
Combustible Diesel Si usted ha comparado el
combustible diesel y la gasolina, sabrá que son diferentes. Huelen diferente.
El combustible diesel es más pesado y aceitoso. El combustible diesel se
evapora mucho más lento que la gasolina , su punto de ebullición es más alto
que el del agua. Usted oirá a menudo que al combustible diesel lo llaman gasoil
por lo aceitoso.
El combustible diesel se evapora más lento
porque es más pesado. Contiene más átomos de carbón en cadenas más largas que
la gasolina (la gasolina típica es C9H20 mientras el diesel es típicamente
C14H30). Toma menos tiempo refinar para crear el combustible diesel, ya que es
generalmente más barato que la gasolina.
El combustible diesel tiene una densidad de
energía más alta que la gasolina. En promedio, un galón de combustible
diesel(3'875 L .)
contiene aproximadamente 147x106joules, mientras que un galón de gasolina
contiene 125x106joules. Esto, combinado con la eficiencia mejorada de los
motores diesel, explica porqué los motores diesel poseen mejor kilometraje que
el equivalente en gasolina.
