|
|
![]() |
Gracias por acompañarnos. Ing.Alberto Garibaldi |
|
|
CONCEPTOS MECÁNICOS BÁSICOS
Por el Ing. Alberto P. Garibaldi
Definir la energía no
es algo precisamente sencillo. Todos intuimos que significa, e inclusive
solemos usar frecuentemente el término “energía”. Es la capacidad
de producir trabajo. La mejor forma de explicar el concepto de energía
es a través de sus diferentes formas o manifestaciones. El factor
común a ellas nos definirá el concepto de energía.
Los seres humanos percibimos la energía en sus diversas formas por
medio de sus efectos y a través de nuestros sentidos. Ampliemos
este concepto. Si toco un objeto caliente, mis sentidos inmediatamente
me advierten de su elevada temperatura. La energía de una ola que
impacta sobre mi cuerpo me revuelca en la costa. El ventilador que me proyecta
aire que es impulsado por un motor, el cual a su vez es movido por energía
eléctrica esta transformando energía de una forma a otra.
Ingerimos alimentos que nos proveen de energía para todas las funciones
vitales.
Un jugador de su equipo preferido
le transfiere energía a la pelota cuando la patea, la pelota recibe
energía suficiente para volar hasta dentro de la red, y usted gasta
energía en saltar y en gritar el gol. ¿Va entendiendo esto
de la energía?
El combustible de su motor
libera al quemarse en la cámara de combustión del cilindro
energía mediante una reacción química, y lo hace en
forma de calor (una forma de energía). Ese calor produce la dilatación
de los gases presentes y un aumento de la presión dentro del cilindro
(otra forma o manifestación de la energía). Dicha presión
actúa sobre la cara del pistón y por medio del movimiento
del pistón y su vinculación con una biela transforma dicha
presión en un trabajo mecánico (otra forma de energía).
La energía es una magnitud física y consecuentemente se puede medir, las unidades con que la mediremos dependerán del tipo de energía que estemos considerando. Es posible hablar de diferentes estados o tipos de energía, no es posible en cambio definir la energía como una cosa pura o aislada de alguna manifestación. La energía siempre se evidencia a través de un cambio en alguna de sus manifestaciones.
DIFERENTES TIPOS O FORMAS DE ENERGÍA
Calor:
Resulta muy dificultoso definir
el calor en sí mismo. Sin embargo frecuentemente todos lo
percibimos, ya sea por exceso o por falta de él. Si bien el
calor es una de las formas más comunes de energía, se manifiesta
en forma indirecta a través de sus efectos, como ser el que nosotros
habitualmente percibimos, la temperatura.
La forma más común
para elevar la temperatura de un cuerpo es entregarle calor, e inversamente
para enfriarlo debemos quitarle calor.
En realidad al aportar calor estamos
aportando energía, que se acumula como energía interna en
el elemento que es calentado. Si lo definimos rigurosamente podemos decir
que el calor es una forma de energía de transición ya que
resulta imposible acumular el calor como tal.
A igualdad de temperaturas,
la cantidad de calor que contiene un cuerpo depende de su masa y de su
material, por ejemplo una bañadera llena de agua a 40°C contiene
mucho mas calor que un alfiler a esa temperatura.
Si al alfiler le aplicamos
un encendedor unos segundos se pondrá al rojo (700°C) y el mismo
encendedor aplicado a la bañadera prácticamente no producirá
ningún efecto. Igualmente la bañadera a 40°C contendrá
muchísimo mas calor que el alfiler a 700°C.
El concepto de cantidad de
calor está asociado también al de masa. Es obvio que necesitamos
mucho mas calor para calentar una cafetera completa a 70°C que para
calentar un simple pocillo de café a la misma temperatura. En ambos
casos se llega a 70°C, pero con toda la cafetera demora mucho más.
Si mas café requiere mas tiempo
de calentamiento en la misma cafetera, ¿que cambió?. Cambió
la cantidad de calor transferida en cada caso. Calentar la cafetera completa
de agua a 100 ºC requiere mas calor (o mas energía) que un
pocillo de agua elevado a la misma temperatura.
Como para que se convenza,
y empleando términos mas dramáticos, no es lo mismo quemarse
con una gota de aceite hirviendo que con un litro del mismo aceite. Diferenciemos
entonces el concepto de calor y el de temperatura, la temperatura
es una consecuencia del calor. Es un principio universal que espontáneamente
el calor solo puede pasar de un cuerpo a mayor temperatura a uno a menor
temperatura, y nunca al revés.
El calor es en realidad una
forma de energía transferida a las moléculas de un cuerpo,
que se acumula en forma de vibración de estas, y se transmite de
tres formas diferentes:
Por conducción
cuando la energía se transmite directamente de una molécula
a otra en sólidos, líquidos o gases (la bombilla de un mate).
Por convección
mediante un movimiento natural, debido a cambios en la densidad, de las
partículas en líquidos o gases por el cual las que tienen
mayor temperatura tienden a subir (la estufa por convección, el
termotanque).
Por radiación
cuando la energía se transporta de un cuerpo a otro mediante ondas
electromagnéticas sin que haya movimiento de material (la radiación
infrarroja cuando estamos expuestos al sol o a una estufa de cuarzo).
Mencionemos algunos de los
diferentes tipos de energia:
Energía
Química (se manifiesta a través de transformaciones químicas,
generalmente transformándose en Calor) por ejemplo la combustión
de la nafta, el gasoil, el gas y el carbón del asado, explosivos,
pilas eléctricas y baterías, Etc.
Energía
Potencial: Depende de la posición del objeto. La altura de la
maceta sobre su cabeza, el resorte, la presión dentro de un recipiente
o una tubería, un dique con agua.
Energía
Cinética: Propia de los cuerpos en movimiento. La que
abolla el guardabarros, la que conforma una pieza forjada, el golpe de
karate.
Energía
Eléctrica: Convivimos con ella diariamente en múltiples
manifestaciones. Se aplica para generar movimiento (motores), calor (resistencias)
Cuando se consume energía,
esta no se destruye, evoluciona a otras formas, y nunca es aprovechada
totalmente. Siempre existirá una parte que sin destruirse, no se
transformara en una forma utilizable. Las máquinas nunca pueden
tener rendimientos del 100% ni es posible el movimiento perpetuo.
Como ejemplo: Un motor de nafta
utiliza en el mejor de los casos el 35% de la energía del combustible
para generar impulsión, el resto lo gasta en calentar el sistema
de enfriamiento, los gases de escape y a sí mismo. Para el caso
de un diesel este valor llega al 40%.
Velocidad:
Cuando interviene el recorrido y el tiempo para efectuar ese recorrido,
hablamos de velocidad. Es decir que si un determinado recorrido lo efectúo
en menor tiempo, lo estoy haciendo a mas velocidad, y viceversa. La velocidad
debe estar caracterizada por el punto en que se considera, por su magnitud
y su dirección.
Aceleración:
Mide cómo varía la velocidad en el tiempo. Si la velocidad
aumenta a medida que transcurre el tiempo existe una aceleración
positiva y viceversa.
Fuerza:
La característica de una fuerza está determinada por la acción
mecánica que un cuerpo ejerce sobre otro.
Masa :
La masa de un cuerpo mide la cantidad de materia que lo compone. Debemos
considerar también las características de cada masa en particular:
Dos globos de igual volumen, lleno uno de ellos de aire y el otro de agua,
tienen masas muy diferentes, pese a tener el mismo volumen.
La masa nos lleva a definir
la densidad (d) que justamente tiene
en cuenta la masa y el volumen, y que nos define que cantidad de masa tenemos
por unidad de volumen. Por ejemplo un litro de mercurio tiene una masa
catorce veces mayor que un litro de agua, teniendo por lo tanto una densidad
catorce veces mayor que el agua. La densidad resulta entonces de dividir
la cantidad de masa en cuestión, por el volumen que ocupa dicha
masa.
La densidad es muy importante en
los cálculos para pasar de masa a volumen y viceversa. Por convención
se define como 1(una unidad) a la densidad del agua.
Inercia:
A mayor masa mayor inercia. La inercia es la propiedad que tiene un cuerpo
para resistir un cambio en su movimiento.
Si un cuerpo, por ejemplo
una esfera de acero, esta quieto y apoyado en un plano nivelado, y nosotros
intentamos moverlo horizontalmente en cualquier dirección, habrá
que aplicar una fuerza para hacerlo. La esfera tiende a oponerse al movimiento.
Cuanto más grande sea la esfera y consecuentemente aumente su masa,
mayor será la fuerza necesaria para generar el mismo movimiento.
A mayor rapidez en el cambio
de velocidad, mas fuerza tendremos que aplicar. Igualmente, si la esfera
se está moviendo también será necesario aplicarle
una fuerza para cambiar su velocidad o su dirección. Tal como lo
vemos, aceleración, fuerza y masa están íntimamente
ligados.
Hace ya 300 años, uno
de los genios más grandes de la historia de la humanidad, Sir Isaac
Newton, enunció las Leyes
Fundamentales de la Dinámica de los Cuerpos Rígidos.
Esas leyes dicen:
1) Todo cuerpo permanece
en reposo o continúa moviéndose en línea recta con
velocidad constante, a menos que exista alguna fuerza que lo desequilibre
y obligue a cambiar su velocidad y/o dirección.
2) Al acelerar una
masa aparece una fuerza que trata de oponerse al movimiento y viceversa.
Si aplicamos a un cuerpo que puede desplazarse o que se está desplazando
una fuerza, este cuerpo sufrirá una aceleración. Esto expresado
matemáticamente es:
F= M x A
3) Para toda acción
existe una reacción igual y opuesta. Las fuerzas mutuas que actúan
entre dos cuerpos en contacto son de igual magnitud y sentido, pero de
dirección opuesta.
Si aceptamos lo anterior como
cierto vemos que la fuerza es igual al producto de la masa por la aceleración,
es decir, que existe una acción dada por la fuerza y una reacción
manifestada por la masa y la aceleración que aparece como consecuencia
de la aplicación de la fuerza. El producto de M x A tiene entonces
también las características de una fuerza, y en rigor de
verdad a ese producto se le llama fuerza
de inercia.
Esto último que expresamos
está de acuerdo con la tercera ley que enunciamos, si existe una
acción expresada por la fuerza F existe también una reacción
manifestada por las fuerzas de inercia M x A, de manera que ambas se anulan
entre sí, se mantiene el equilibrio, todos quedamos en paz y armonía,
y nada sale disparado para cualquier parte porque sí.
No es lo mismo la fuerza que
debemos aplicar para acelerar al carrito del supermercado a nuestra velocidad
caminando cuando está totalmente vacío, que cuando lo tenemos
desbordando de latas, botellas, u otros objetos de peso significativo.
Aceleración
de la Gravedad: Un cuerpo en caída libre, lo hace movido por
su propio peso, aumentando constantemente su velocidad. Ese aumento de
velocidad, para cuerpos que caen sobre la tierra, es el mismo para todos
los cuerpos. Dijimos que aceleración es un cambio de velocidad en
el tiempo. Consecuentemente estamos en presencia de una aceleración,
que es constante, llamada aceleración de la gravedad o "g ", y cuyo
valor es de 9,81 m/seg x seg o m/seg2, o a un cambio de velocidad de aproximadamente
36 Km/hr por segundo (36 Km/hr/seg)
Si todo lo que hemos expresado
es correcto, un cuerpo que cae sobre la tierra esta sometido a una aceleración
determinada, a la que llamamos "g ", tiene una masa "M ", y afectado por
una fuerza que es su propio peso al que llamaremos "P ". Si aceptamos que
F = M x A podemos entonces definir mas exactamente el peso de un cuerpo
sobre la tierra como:
P = M x G
Peso :
El peso es entonces la fuerza que la atracción de la gravedad
ejerce sobre una masa. Si bien la masa de un astronauta es la misma en
la tierra o en la Luna, su peso será diferente, e inclusive durante
buena parte del viaje de una a otra no tendrá peso por la ausencia
de gravedad, pero si seguirá teniendo masa. El peso es otra manifestación
de las leyes de Newton.
Peso Específico
(r):
Es similar a la densidad, pero relaciona el peso con el volumen de una
sustancia.
P(peso)
r (peso específico) = ----------------
V(volúmen)
Trabajo
y Potencia: Sobre estos conceptos vamos a extendernos un poco mas,
ya que resultan de fundamental importancia para comprender todo lo que
hace al funcionamiento de un vehículo, de los motores y de sus accesorios.
Para que pueda hablarse de
trabajo es necesario que estén presentes dos factores, fuerza y
recorrido. Cuando levanto la maceta estoy aplicando un trabajo sobre
ella, estoy levantando su peso desde el piso hasta una altura determinada.
Cuando comprimo un resorte estoy aplicando un trabajo sobre él,
que se compone de la fuerza que voy ejerciendo para comprimir el resorte
a lo largo de un recorrido, por ejemplo el resorte de una válvula
de motor.
El trabajo efectuado sobre
un cuerpo puede servir directamente para aumentar cualquiera de las formas
de su energía. (El ascensor, a medida que sube consume trabajo mecánico
y aumenta su energía potencial, transformo energía eléctrica
en energía potencial. En el caso de una central hidroeléctrica
el proceso es el inverso).
Cuando hablamos de Potencia,
se la define genéricamente como la rapidez con que se efectúa
un trabajo.
Si yo subo un piso por una
escalera a paso normal, elevo mi propio peso esa distancia. Efectué
un trabajo en un determinado tiempo. Si subo corriendo, el trabajo que
efectúo es exactamente el mismo, sin embargo siento mayor cansancio.
El porqué es debido a que lo hice en menos tiempo, por lo tanto
utilicé mas potencia.
La potencia también
puede ser definida de otras formas. Una de las mas útiles para nuestro
caso es relacionarla con la Fuerza y con la Velocidad.
Intuitivamente nos damos cuenta
que un vehículo para poder avanzar debe vencer la fuerza que le
opone la resistencia del aire, que será mayor cuanto mayor sea la
velocidad. Podemos hablar en ese caso de la potencia que requiere ese vehículo
para avanzar a una determinada velocidad.
Un vehículo que avanza,
necesita de algo que le permita mantener ese movimiento, y eventualmente
cambiarlo, sea para acelerar, frenar o doblar.
Si yo inicio un movimiento
de la forma que sea, aparecerán inmediatamente reacciones que tratarán
de oponerse y detener mas o menos lentamente, ese movimiento. Si hago rodar
una bola perfecta sobre una superficie totalmente pulida y nivelada, y
no actúo exteriormente de alguna manera sobre dicha bola, inexorablemente
ella se detendrá, por mas cuidados que ponga en tratar de
evitarlo.
Que se detenga se debe a una
buena cantidad de razones, como ser la deformación que debida a
su propio peso sufre la bola y la superficie en el punto de contacto, la
falta de esfericidad perfecta, las imperfecciones en sus superficies que
por pequeñas que sean siguen existiendo, la resistencia que opone
el aire al movimiento de la bola, las diferencias de temperatura entre
las partes, etc., etc. ¿A que viene este ejemplo? A
que: nada, absolutamente nada en nuestro mundo real puede moverse o continuar
en movimiento si no existe el aporte de alguna forma de energía,
por mínima que esta sea.
El automóvil no es,
obviamente, una excepción a esta regla. Ya sea para acelerarlo,
como para mantener su movimiento, será necesario que alguien aporte
la energía necesaria para ello. Quién se ocupa de suministrarla
es siempre algún tipo de combustible. La energía química
disponible en dicho combustible es debidamente transformada en trabajo
útil por medio del motor, y este trabajo aprovechado para el fin
propuesto.
El trabajo es también
una forma de energía, por lo cual llegamos a la conclusión
de que un motor no es ni más ni menos que un aparato que se ocupa
de transformar por medios mecánicos, un tipo de energía no
utilizable directamente en otra forma de energía, que si podemos
usar en forma directa.
¿Cómo medimos
esos intercambios de energía, como expresamos el mayor o menor poder
de los motores, como expresamos su rendimiento, cómo sabemos si
son aptos o no para la función deseada?. Para ello existen las curvas
características de los motores, de las que nos ocuparemos brevemente
mas adelante.
Generalmente al hablar de
motores no se tiene suficientemente claro la diferencia entre trabajo,
torque y potencia, se mete todo en la misma bolsa y allí empiezan
las confusiones.
Para definir la capacidad
de un motor se suele hablar con frecuencia de su potencia máxima
y de su torque, o par torsor, máximo.
Vamos a definir que es esto: El par torsor o par motor representa la
capacidad que tiene un motor para producir trabajo, mientras que la potencia
es la medida de la cantidad de trabajo realizado por el motor en un determinado
tiempo.
Si nos referimos a un vehículo
podemos decir que el par torsor mide la capacidad de mover cargas, mientras
la potencia mide cuán rápido se hizo ese movimiento.
Por definición, potencia
es el trabajo realizado en la unidad de tiempo. Dicho de otra manera la
potencia mide la rapidez con que se efectúa un trabajo.
Tomemos por ejemplo una de
esas bombas de agua manuales que solemos encontrar en las afueras de Buenos
Aires.
Supongamos que yo subo y bajo
la manija de la bomba diez veces, y con ello logro llenar un balde. Para
llenar el citado balde no me interesó el tiempo transcurrido, solamente
me bastó saber que hacían falta diez bombazos. Pues bien,
el trabajo que me fue necesario entregarle a la bomba (a expensas de mi
energía muscular) para poder llenar el balde queda medido por los
famosos diez bombazos. Dicho trabajo me lo tomé con calma, y no
me resultó ningún esfuerzo físico digno de mención.
Pero supongamos ahora que
del suministro de baldes de agua dependa que no se queme mi casa: sin ninguna
duda voy a tratar de llenar los baldes lo mas rápidamente posible,
es decir que en un mismo tiempo voy a desarrollar mas trabajo (llenar mas
baldes), o que voy a hacer el mismo trabajo más rápido (llenar
cada balde en menos tiempo).
De esta forma, cuando necesite
llenar cada balde en menos tiempo, o bien obtener mas baldes llenos en
el mismo tiempo, voy a necesitar poner en juego mayor potencia, y me voy
a dar cuenta de ello por el aumento del esfuerzo muscular que indudablemente
me producirá mayor fatiga.
En realidad, siempre que se
efectúa un trabajo, se pone en juego una determinada potencia, ya
que para efectuar dicho trabajo se necesita un determinado tiempo, por
pequeño o grande que este sea. En el caso de la bomba al poner en
juego mayor potencia física gasto mas energía muscular en
menos tiempo, con lo cual me canso antes.
Repitámoslo por última
vez: Dado un determinado trabajo, se llama potencia a la relación
que existe entre ese trabajo y la rapidez con que se efectúa, si
la rapidez aumenta, aumenta la potencia y viceversa.
En un motor la curva de par
motor expresa la capacidad de efectuar trabajo que tiene dicho motor a
medida que varían las RPM. El par motor esta directamente relacionado
con la fuerza que son capaces de ejercer sobre el piso las ruedas tractoras,
capacidad que se verá multiplicada por la caja de velocidades y
el diferencial, como ya veremos. A mayor par motor, mayor capacidad de
arrastre (o "fuerza" como le dicen en el campo) tendrá el vehículo.
Por ello decíamos que el par motor define la capacidad de transportar
carga: si tengo que subir una pendiente aguda con un vehículo cargado,
solo lo podré hacer si el motor dispone del par suficiente.
En cambio la potencia es otra
historia, que si bien esta íntimamente asociada al par, mide otra
cosa, mide cuán rápido se está usando ese par y cuán
rápido se esta generando o consumiendo energía.
Haciendo una comparación
con una bicicleta le podría decir que el par motor representa la
fuerza que usted está aplicando sobre el pedal y la potencia mide
cuan rápido usted aplica esa fuerza, obviamente cuanto más
rápido pedalee, más potencia pondrá en juego. Recordemos
también el ejemplo de la bomba de agua.
Cuando digo rápido o despacio,
estoy poniendo en juego otra variable que es el tiempo, que en el caso
de los motores que nos afectan viene medida por las RPM (Revoluciones Por
Minuto), es decir cuantas vueltas dio el motor en un minuto.
Parecen conceptos sencillos,
pero no lo son. Matemáticamente son muy fáciles de explicar,
y uno comprende inmediatamente las expresiones numéricas, pero tener
un problema resuelto matemáticamente no necesariamente significa
entenderlo.
Este tema no es simple de
explicar ni de entender. Fíjese que en los libros y artículos
de misteriología mecánica automovilística se habla
mucho de potencia y de par, pero muy pocos explican que quiere decir.
Sabemos que en cada carrera
útil del motor se genera trabajo, que viene medido por el par motor,
(al igual que el pedal) y que las RPM (equivalentes
a la velocidad con que pedaleo) me dicen cuantas veces se efectuó
ese trabajo en un minuto. Si tenemos el trabajo combinado con una unidad
de tiempo estamos en condiciones de medir la potencia.
Usted seguramente a esta altura
de los acontecimientos está comenzando a darse cuenta cómo
se relacionan estos conceptos con un motor de un automóvil,
o bien está totalmente confundido y no entiende mas nada de nada.
En este último caso le sugerimos que comience a leer de nuevo este
capítulo, o en su defecto que se compre una buena caña de
pescar y se olvide del tema.
El objeto de estas páginas
es que usted comprenda claramente la diferencia entre potencia y par torsor.
El par motor, también llamado "torque" o “momento torsor”, mide
la energía mecánica o el trabajo que se transmite a través
de un eje.
Los semiejes de un tractor
deben estar dimensionados para soportar el torque propio de este tipo de
vehículo, muy superior al de un automóvil.
El concepto de torque puede
Vd. asociarlo a retorcer algo. Cuando Vd. ajusta una tuerca de rueda con
la llave cruz, esta aplicando un torque sobre dicha tuerca para poder ajustarla.
Asimilados estos conceptos
podremos charlar y entendernos acerca de un montón de cosas muy
interesantes sobre motores y automóviles.
Discúlpenos por ser
tan temáticos sobre estos puntos y por darle una clase de física
en lugar de escribirle con olor a nafta, pero tenga la seguridad de que
sus conocimientos motorísticos se han expandido sensiblemente si
comprendió lo que aquí expresamos.
Una curiosidad: ¿Sabe
de donde proviene lo de HP? ¡No!...
¡por favor no se confunda que no nos referimos a eso!... nos referimos
al significado mecánico. Viene de Horse Power (fuerza de caballo).
Resulta que con el advenimiento
de las máquinas de vapor en su aplicación agrícola,
en Inglaterra a fines del siglo XVIII, los campesinos preguntaban a los
fabricantes a cuantos caballos podían reemplazar con aquellas máquinas.
De la medida promedio de la
potencia que desarrollaba un caballo de carne y hueso nació el Horse
Power, o como le llamamos nosotros "caballo de fuerza". Pero sucedió
que también que los franceses, que estaban en un grado de desarrollo
similar, por no usar la misma denominación que los del otro lado
del canal inventaron el CV o Caballo Vapor, que es muy parecido al HP,
pero no igual.
El trabajo, según lo
explican las reglas del buen arte en termodinámica, es también
una forma de energía. Tenemos que aceptar que cuando se efectúa
un trabajo, del tipo que sea, siempre es necesario un gasto de energía,
en cualquiera de sus formas.
Veamos algunos ejemplos. Si
para arrastrar un determinado objeto sobre un piso nivelado, tengo que
ejercer una fuerza de 75 Kgr (una fuerza de 75 Kgr es equivalente a levantar
juntas una bolsa y media de cemento), y lo arrastro un metro habré
hecho un trabajo de 75 Kgr.m o sea 75 Kilográmetros, y si ese metro
lo recorro en un segundo (siempre tirando de la soga con 75 Kg.) habré
desarrollado una potencia de 1 CV o sea 75 Kg.m/seg. Esta es
en realidad la definición de CV (Caballo
Vapor), significa efectuar un trabajo de 75 Kgr.m en un segundo.
Un valor muy parecido es el
de HP ( Horse Power) que equivale a 76 Krg.m/seg. En realidad el CV y el
HP no son exactamente equivalentes o iguales, el HP es al CV un 1,39 %
más poderoso (surge de 76,04/75), un motor con 300 HP dispone de
304 CV.
El CV y el HP miden prácticamente
lo mismo, pero el HP lo expresa con un número levemente menor. Otra
forma actualmente común de expresar la potencia de nuestros motores
es en Kw o Kilowatts (1KW = 1000 watts),
sin entrar en análisis de unidades acéptenos por favor que
1 HP = 0,746 Kw, o que 1KW = 1,341 HP, y si hablamos de CV 1CV =
0,736 Kw o que 1 Kw = 1,36 CV.
Expresado de esta manera,
si usted no está muy familiarizado con los números es casi
seguro que hemos logrado confundirlo, por lo tanto recurramos a comparaciones
más explícitas: 1 HP equivale a 10 lámparas
de 75 watts prendidas, y 100 HP a 1000 lámparas.Un ser humano medianamente
entrenado es capaz de generar en forma continua aproximadamente 0,1 KW
o lo que es igual 0,13 HP, o sea que harían falta de 7 a 8 personas
en buen estado físico para poder mantener en forma conjunta sostenida
1 HP. Sin embargo la historia registra varios casos en que para sostener
a un HP se necesitó el esfuerzo de mucho mas de ocho personas...
Podemos seguir hasta el infinito
haciendo comparaciones, pero la idea es que usted se de una idea de la
magnitud de estas unidades para comprender su significado.
Las Curvas
de Potencia que publicitan los fabricantes de vehículos o de
motores, muestran solamente que potencia máxima es capaz de entregar
el motor en cuestión a cada número de RPM.
Esa determinación se establece
ensayando debidamente el motor en un banco de pruebas, acelerándolo
al máximo y aplicándole un freno en el eje de salida hasta
llevarlo al número de RPM en que se quiere medir el motor. En realidad
lo que estoy haciendo es oponerle al motor un esfuerzo igual y contrario
al que el motor está generando con lo cual logro que se estabilice
en vueltas y me permita medirlo. Este proceso lo repito a los diferentes
números de RPM a los cuales quiero medir el motor.
El aparato que se ocupa de
este proceso para medir la potencia entregada por un motor se conoce como
Dinamómetro.
Volcando sobre un gráfico
los valores de potencia obtenidos, en función de las RPM obtenemos
la mencionada curva de potencia.
Si la curva me indica que
el motor entrega 120 CV a 5500 RPM, quiere decir que ese motor podrá
entregar 120 CV, y ni uno mas a ese régimen.
Seria posible sin embargo
que si me ocupo de cerrar parcialmente el acelerador, le haga entregar
110, 100 o 50 CV, pero ya no estaría en la condición de máxima
apertura de mariposa, condición imprescindible para obtener la curva
de máxima potencia del motor.
Lo reiteramos una vez mas,
curva de máxima potencia significa que para cada Nº de RPM
el motor me podrá entregar como máximo lo que figura en dicha
curva, y absolutamente nada más. Para poder superar esos valores
de potencia sería necesario introducir modificaciones en el motor,
con lo cual necesitaríamos una nueva medición para establecer
cuales son los valores máximos que alcanza el motor modificado.
Charlemos ahora brevemente
de las condiciones
de ensayo de un motor. Usted habrá oído hablar seguramente
de la Potencia DIN o la Potencia SAE y se habrá preguntado qué
significa exactamente eso.
Medir la potencia de un motor
de pistones debería ser mas o menos lo mismo independiente del lugar
geográfico donde se mida, sin embargo no es así.
En la medición de un
motor inciden de manera muy importante los accesorios que se le colocan
al motor para medirlo, y las condiciones ambientales en el momento de la
medición: Presión atmosférica, humedad y temperatura.
No es lo mismo un clima húmedo
y caluroso momentos antes de desatarse una tormenta, que un día
frío y seco en que la radio nos anuncia alta presión atmosférica.
Cuando se mide un motor en
un banco de pruebas, es importante considerar que accesorios están
colocados. Cualquier adicional que yo agregue o quite al ensayo, agregará
o quitará potencia.
Si coloco un ventilador directamente
acoplado al motor (cosa que hoy ha caído prácticamente en
desuso en los vehículos de pequeño y mediano porte, siendo
reemplazado por el electroventilador) dicho ventilador puede llegar a consumir
hasta 10 HP. El alternador y su correspondiente sistema de enfriamiento
rondan en los 2 HP. Un sistema de escape completo, con catalizador, resonadores
y silenciadores puede restar en el orden de los 3 a 6 HP, un filtro de
aire completo puede reducir la potencia en 2 HP. Optimizar el avance de
encendido y la entrega de combustible a cada número de RPM de ensayo
me permitirían ganar hasta 5 HP, etc., etc.
Esta anarquía de mediciones
ya sucedió, principalmente con las empresas estadounidenses. Llegaron
a promocionar sus vehículos con valores irreales muy por encima
de los que efectivamente tenían, obteniéndolos sobre la base
de ensayos en que los motores estaban desprovistos de todo tipo de accesorios
(potencia bruta), con motores armados especialmente, y corregidos en base
a factores atmosféricos particularmente favorables que incrementaban
aún mas esos HP.
La idea es hoy día
de ensayar los motores tal cual como luego serán montados en el
vehículo, de manera de aproximarse tanto como sea posible a lo que
realmente impulsará a dicho automóvil. Para hacer repetibles
estos ensayos se han establecido normas
de medición, que varían según los países
de origen.
Todo accesorio que equipa
al motor, y que permanece normalmente en operación mientras el motor
funciona, deberá ser incluido en la medición, y las condiciones
ambientales de referencia para dicha medición deberán ser
lo mas parecidas posible a las condiciones ambientales promedio (potencia
neta).
Si bien EE.UU., Europa y Japón
no se han puesto exactamente de acuerdo en las condiciones de prueba, actualmente
Japón usa correcciones muy similares a la norma DIN (Europa) o la
SAE (EE.UU). Los valores publicitados por los fabricantes de todo el mundo
hoy reflejan la real performance de sus motores.
En lo referente a los factores
de corrección de que hemos hablado, trataremos de explicar que significan:
Tal como usted recordará,
el aire es una masa gaseosa compuesta de diversos gases, ente los que sobresalen
el oxígeno (21%), el nitrógeno (78%), y vapor de agua disuelto
en el aire, que nosotros comúnmente llamamos “humedad”.
Ahora bien: un motor de explosión
es una máquina que se alimenta de aire y de combustible, del aire
toma el oxígeno, y con ese oxígeno logra generar calor mediante
la oxidación del combustible.
Ya hemos expresado anteriormente,
que la potencia y el par de un motor dependerán fundamentalmente
de la cantidad de combustible que yo logre quemar en cada ciclo del motor,
y de las RPM a que haga girar dicho motor. La cantidad de oxígeno
que puedo hacer ingresar a un cilindro dependerá a su vez de las
condiciones mecánicas del motor, y de la densidad del aire que ingrese
a dicho cilindro.
A mayor temperatura atmosférica
el aire se torna menos denso, a menor presión también, y
viceversa: a mayor presión y menor temperatura la masa de aire será
más densa y contendrá más oxígeno. Moraleja:
si dispongo de mas oxígeno estaré en condiciones de quemar
mas combustible, de generar más calor, y consecuentemente de poner
en juego más energía, con la que obtendré mayor par
y podré lograr también mayor potencia.
Exactamente al revés
ocurre con mayor temperatura y menor presión. La humedad, en forma
de vapor de agua, influye en los valores de par y de potencia por su simple
presencia.
El vapor de agua disuelto
en el aire ocupa un determinado volumen, que tanto mayor será cuanto
mayor sea la cantidad de vapor, ese volumen es en definitiva volumen que
debo restar al del aire puro.
Dicho en otros términos
una sala llena de aire seco a una determinada presión y temperatura
contiene mas oxígeno y nitrógeno que la misma sala, en iguales
condiciones, pero llena de aire al 100% de humedad.
Lo mismo le pasa al motor:
cuando aspira aire húmedo dispone de menos oxígeno que cuando
se trata de aire seco, y eso no es bueno.
Para salvar estos inconvenientes
se han establecido Condiciones Estándar de Referencia que especifican
presión, temperatura y humedad a las que deben referirse todas las
mediciones en los motores y hablar todos en un idioma parecido.
Los Factores
de Corrección son valores referidos a las condiciones de presión
temperatura y humedad estándar ( que varían levemente según
la norma considerada) que aplicados a las mediciones de ensayo los refieren
a condiciones estándar, haciéndolos comparables con otras
mediciones también corregidas. De esta manera puedo comparar valores
obtenidos en condiciones climáticas y geográficas muy diferentes.-