En el ámbito automotriz, la potencia 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 generan los mismos caballos de fuerza. Si se duplica la fuerza pero se reduce la velocidad a la mitad, la potencia también es la misma.
Veamos la fuerza motriz que se aplica al neumático, ya que en realidad eso es lo único que importa, ¿verdad?
Lo que haremos ahora es representar gráficamente la fuerza de giro que un motor de ejemplo proporcionará a las ruedas a lo largo de la marcha, creando lo que se denomina un gráfico de esfuerzo de tracción. Este gráfico, como su nombre indica, muestra la cantidad de tracción necesaria para transmitir la potencia al suelo sin que las ruedas patinen. Esperamos que también les aclare qué nos dice la potencia y por qué es tan importante.
Ahora veamos el gráfico de potencia de nuestro motor de muestra, un motor con mucho torque y bajas revoluciones:
Para simplificar los cálculos, hice que este motor de ejemplo solo girara a 5000 rpm y lo acoplé con el siguiente ejemplo de engranaje del tren de transmisión (también seleccionado para cálculos simples):
1º: 3:1
2º: 2,5:1
3º: 2:1
4º: 1.5:1
5º: 1:1
6º: 0,75:1
Final: 4:1
Desplazamiento del neumático: 2000 mm (distancia recorrida con una rotación del neumático)
Esto nos deja con una velocidad máxima en cada marcha como sigue (observe cómo nuestro simple cálculo nos ha dado números redondos agradables):
1º: 50 km/h
2º: 60 km/h
3º: 75 km/h
4º: 100 km/h
5º: 150 km/h
6º: 200 km/h
Para calcular nuestra fuerza de tracción en 1.ª marcha, simplemente multiplicamos el par motor por la relación de transmisión total de 1.ª: 3:1 (marcha) * 4:1 (final) = 12:1. Escalamos el gráfico resultante para que oscile entre 10 km/h (a 1000 rpm) y 50 km/h (que son 5000 rpm). Nuestro par motor máximo es de 340 lb-pie a 3000 rpm, y nuestro par motor máximo en el eje en 1.ª será 12 veces superior, o 4080 lb-pie a 30 km/h.
Par motor en 1.ª marcha: el punto representa la potencia máxima (4000 rpm a 40 km/h en 1.ª). Haga clic para ampliar.
¡Guau! Eso es mucho par, pero no vamos muy rápido. Superpongamos la segunda marcha usando la misma matemática y veamos qué podemos aprender:
Par motor en 2.ª marcha: el punto representa el HP máximo, que se produce a 4000 rpm, 48 km/h. Haga clic para ampliar.
Ahora estamos aprendiendo algo. Grafiquemos el resto de los engranajes:
Par de eje para todas las marchas – Haga clic para ampliar
Ahora viene la siguiente gran conclusión. Obtenemos el mayor par motor 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:
El par del eje aplicado a varias velocidades en HP máximo – Haga clic para ampliar
¿Ves las diferencias bajo la línea roja entre nuestras diferentes marchas? Ahí es donde estamos lejos de alcanzar la potencia máxima.
Ahora bien, la última gran conclusión de esta lección:
El par máximo del motor no influye en la curva ideal de esfuerzo de tracción, ya que la aceleración máxima se alcanzará con una relación de transmisión más corta y un mayor régimen del motor, a pesar del menor par motor. En otras palabras, lo único que nos importa es mantenernos lo más cerca posible de la potencia máxima y dejar que la relación de transmisión compense la pérdida de par en el motor.
Veamos un ejemplo. Imagina que estás en un día de pista recibiendo clases de manejo. Estás al volante, con un entrenador a tu lado, y aceleras a toda velocidad al salir de una curva a 80 km/h. Si observamos el gráfico de esfuerzo de tracción de arriba, ¡vemos que estamos en PAR MÁXIMO en quinta! ¡Genial! Deberíamos tener una salida potente de la curva con el par máximo, ¿verdad? Al menos eso es lo que te dice tu instructor de manejo.
Pero tu instinto te dice que algo está mal... sientes que tienes muy poco empuje, y la cuarta parece empujar con mucha más fuerza, a pesar de haber superado con creces el torque máximo del motor.
Veamos nuestra gráfica de esfuerzo de tracción: a 80 km/h, podemos usar la 5.ª marcha y aplicar aproximadamente 1450 lb-pie de torque al eje, o podemos usar la 4.ª marcha y aplicar ¡1700 lb-pie de torque! Eso representa un 17 % más de torque al suelo, y ¿adivinen qué? Nuestros caballos de fuerza a 80 km/h son un 17 % mayores en 4.ª que en 5.ª.
Así que ahí lo tienes: entiende los engranajes, entiende la potencia. Ve más rápido.
Veamos ahora un ejemplo más. El entusiasta de los motores, confundido, afirma que una "curva de par plana" es la potencia ideal. Bueno, con una caja de cambios de relación muy corta, coincido en que el fabricante del motor debería hacer todo lo posible por maximizar la potencia, incluso a costa del par. Pero quienes tenemos engranajes largos de fábrica necesitamos una banda de potencia amplia; es decir, la potencia media máxima en todas las RPM a las que operamos. 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 torsión plana es “ideal”. Si observamos un gráfico de esfuerzo de tracción, podemos ver que eso definitivamente no es cierto.
Algunos creen que una curva de torsión plana es “ideal”. Si observamos un gráfico de esfuerzo de tracción, podemos ver que eso definitivamente no es cierto.
Se puede observar que hay grandes espacios entre los engranajes, y estos no cubren el área bajo la línea roja tan bien como el motor de nuestro ejemplo anterior. Entonces, ¿cuál es la ventaja de una curva de par plana? Bueno, permite al conductor saber que, independientemente de las RPM a las que salga de la curva, se aplicará prácticamente la misma fuerza a las ruedas, lo que facilita la conducción del coche.
Volviendo al tema de la potencia, una curva de par plana da como resultado que la potencia máxima se encuentre en el limitador de revoluciones. Esto debería resultarte intuitivo, ya que sabemos que la potencia se calcula como par x 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 limitador de revoluciones de cada marcha (como puedes ver en la curva roja de arriba).
La pérdida de potencia tras un cambio de marcha es asombrosa: con el limitador de revoluciones, tenemos 286 CV (300 lb-pie de par a 5000 rpm), y al cambiar de cuarta a quinta, la potencia se reduce de 286 a 190 CV. En cuanto a la fuerza de tracción, la reducción del par motor en el eje es de 1800 a 1200 lb-pie.
Esto refuerza la afirmación de que la potencia promedio es muy importante, no solo la potencia pico. Una curva de par plana tendrá una potencia promedio muy baja, ya que esta siempre aumenta rápidamente con las RPM (o disminuye rápidamente con la pérdida de RPM).
En conclusión, recuerde que el par motor es una medida que no nos interesa mucho, ya que la potencia, y la forma de la curva de potencia es lo que se utiliza para determinar el potencial de aceleración. Un par motor excesivo fuera de la banda de potencia utilizable es inútil y potencialmente peligroso para el motor, ya que genera presiones muy altas en los cilindros.
Espero que esto les haya ayudado a todos a comprender más profundamente las fuerzas que impulsan su automóvil en la pista de carreras y cómo maximizarlas.
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