En términos automovilísticos, la potencia (en caballos de fuerza) se define como la aplicación de una fuerza a una velocidad determinada. Si se duplica la velocidad pero se reduce la fuerza a la mitad, se obtiene la misma potencia. Si se duplica la fuerza pero se reduce la velocidad a la mitad, la potencia también se mantiene igual.
Analicemos la fuerza motriz que se aplica al neumático, ya que en realidad eso es lo único que importa, ¿verdad?
Lo que vamos a hacer ahora es trazar la fuerza de giro que un motor de muestra proporciona a las ruedas en cada marcha, creando lo que se denomina un gráfico de esfuerzo de tracción, que, como su nombre indica, muestra la cantidad de tracción necesaria para transmitir la potencia al suelo sin que las ruedas patinen. También esperamos que esto les aclare qué nos indica la potencia y por qué es tan importante.
Veamos entonces la gráfica de potencia de nuestro motor de muestra, un motor de bajas revoluciones con mucho par motor:
Para simplificar los cálculos, hice que este motor de ejemplo solo alcanzara las 5000 rpm y lo acoplé con la siguiente relación de transmisión de ejemplo (también seleccionada para simplificar los cálculos):
1.º: 3:1
2.º: 2,5:1
3.º: 2:1
4.º: 1,5:1
5.º: 1:1
6.º: 0,75:1
Final: 4:1
Desplazamiento del neumático: 2000 mm (distancia recorrida con una rotación del neumático)
Esto nos deja con la siguiente velocidad máxima en cada marcha (observe cómo nuestros sencillos cálculos nos han dado números redondos):
1.º: 50 km/h
2.º: 60 km/h
3.º: 75 km/h
4.º: 100 km/h
5.º: 150 km/h
6.º: 200 km/h
Para calcular el esfuerzo de tracción en primera marcha, simplemente multiplicamos el par motor por la relación de transmisión total en primera: 3:1 (marcha) * 4:1 (final) = 12:1. Escalamos la gráfica resultante para que varíe entre 10 km/h (a 1000 rpm) y 50 km/h (a 5000 rpm). El par máximo en el motor es de 340 lb/pie a 3000 rpm, y el par máximo en el eje en primera será 12 veces mayor, es decir, 4080 lb/pie a 30 km/h.
Par motor en primera marcha: el punto representa la potencia máxima (HP) a 4000 rpm a 40 km/h en primera. Haga clic para ampliar.
¡Guau! Eso es mucho torque, pero no vamos muy rápido. Superpongamos la segunda marcha usando los mismos cálculos y veamos qué podemos aprender:
Par motor en 2.ª marcha: el punto representa la potencia máxima, que se alcanza a 4000 rpm y 48 km/h. Haga clic para ampliar.
Ahora sí que estamos aprendiendo algo. Vamos a trazar el resto de los engranajes:
Par motor del eje para todas las marchas – Haga clic para ampliar
Ahora bien, aquí está la siguiente conclusión importante. Obtenemos el par máximo en las ruedas a todas las velocidades si nos mantenemos lo más cerca posible de la potencia máxima. De hecho, una transmisión perfectamente eficiente mantendría el motor a la potencia máxima a todas las velocidades y el esfuerzo de tracción se vería como esta línea roja:
Par motor aplicado al eje a diferentes velocidades con la máxima potencia – Haga clic para ampliar
¿Ves los huecos debajo de la línea roja entre nuestras diferentes marchas? Ahí es donde estamos lejos de la potencia máxima.
Ahora, la última gran conclusión de esta lección:
El par máximo del motor no influye en la curva de esfuerzo de tracción ideal, ya que la aceleración máxima se logra con una relación de transmisión más corta y una mayor velocidad del motor, a pesar del menor par motor. En otras palabras, lo que nos interesa es mantenernos lo más cerca posible de la potencia máxima y que la relación de transmisión compense la pérdida de par en el motor.
Veamos un ejemplo. Imagina que estás en un circuito recibiendo clases de conducción. Estás al volante, con un instructor a tu lado, y aceleras a fondo al salir de una curva a 80 km/h. Si observamos la gráfica de esfuerzo de tracción anterior, podemos ver que estamos en el PAR MÁXIMO en quinta marcha. ¡Genial! Deberíamos salir de la curva con una aceleración potente, ¿verdad? Al menos eso es lo que te dice tu instructor.
Pero tu instinto te dice que algo anda mal... sientes que tienes muy poca potencia, y la cuarta marcha parece tirar muchísimo más fuerte, a pesar de haber superado con creces el par máximo del motor.
Veamos la gráfica de esfuerzo de tracción: a 80 km/h, podemos usar la quinta marcha y aplicar aproximadamente 1450 lb-pie de torque al eje, o podemos usar la cuarta marcha y aplicar 1700 lb-pie de torque. Eso representa un 17 % más de torque en el suelo, y, como era de esperar, nuestra potencia a 80 km/h es un 17 % mayor en cuarta que en quinta.
Así que ahí lo tienen, entiendan las marchas, entiendan la potencia. Vayan más rápido.
Veamos ahora otro ejemplo. El aficionado a los motores, confundido, que afirma que una curva de par plana es la salida perfecta e ideal para un motor. Bueno, con una caja de cambios de relaciones muy cerradas, estoy de acuerdo en que el fabricante del motor debería hacer todo lo posible para maximizar la potencia, incluso a costa del par. Pero para quienes tenemos marchas largas de fábrica, necesitamos una banda de potencia amplia; en otras palabras, la máxima potencia media en todo el rango de revoluciones por minuto en el que operaremos. Veamos un gráfico de esfuerzo de tracción de lo que algunos considerarían el motor "teóricamente perfecto": uno con una curva de par totalmente plana.
Algunos creen que una curva de par plana es "ideal"; al observar un gráfico de esfuerzo de tracción, podemos ver que eso no es cierto en absoluto.
Algunos creen que una curva de par plana es "ideal"; al observar un gráfico de esfuerzo de tracción, podemos ver que eso no es cierto en absoluto.
Como se puede observar, existen grandes espacios entre las marchas, y estas no cubren la zona por debajo de la línea roja tan bien como en nuestro ejemplo anterior. Entonces, ¿cuál es la ventaja de una curva de par plana? Pues bien, permite al conductor saber que, independientemente de las RPM a las que salga de la curva, la fuerza aplicada a las ruedas será prácticamente la misma, lo que facilita la conducción del coche.
Volviendo al tema de la potencia, una curva de par plana resulta en que la potencia máxima se alcanza en el límite de revoluciones. Esto debería ser intuitivo, ya que sabemos que la potencia es igual al par multiplicado por la velocidad. Por lo tanto, si la velocidad del motor aumenta sin pérdida de par, la potencia obviamente aumentará. Esto significa que nuestra curva de potencia ideal tocará el límite de revoluciones de cada marcha (como se puede observar en la curva roja de arriba).
La pérdida de potencia tras un cambio de marcha es asombrosa: al alcanzar el límite de revoluciones, tenemos 286 CV (300 lb-pie de par a 5000 rpm), y al pasar de cuarta a quinta, la potencia cae de 286 CV a 190 CV. En términos de fuerza de tracción, la caída del par en el eje es de 1800 lb-pie a 1200 lb-pie.
Esto refuerza la idea de que la potencia media es muy importante, no solo la potencia máxima. Una curva de par plana tendrá una potencia media muy baja, ya que la potencia siempre aumenta rápidamente con las RPM (o disminuye rápidamente al disminuir las RPM).
En conclusión, cabe recordar que el par motor no es una medida de gran interés para nosotros, ya que la potencia y la forma de la curva de potencia son lo que se utiliza para determinar el potencial de aceleración. Un par motor excesivo que se produce fuera del rango de potencia útil resulta inútil y potencialmente peligroso para el motor, ya que genera presiones muy elevadas en los cilindros.
Espero que esto les haya ayudado a comprender mejor las fuerzas que impulsan su coche en la pista de carreras y cómo maximizarlas.
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