miércoles, 4 de marzo de 2015

POTENCIA Y PAR: QUÉ SON Y PARA QUE SIRVEN (II parte)

En la 1ª parte se definieron los conceptos de par motor y potencia. En la presente entrada seguimos con los mismos conceptos intentando entender las dos curvas.

¡QUE NO ME ENTERO!, DIME QUÉ COMPRO ¿Potencia o Par?

La respuesta es sencilla, pero para entenderla conviene saber que: 

Cuando se ensaya en banco un motor lo que se ensaya es el par motor (el ensayo se hace a carga máxima para cada régimen de giro) la potencia solo se calcula, P = M*w
Según esto parece que lo interesante es la curva de par. Sin embargo, ya lo comenté en la 1ª parte, el par se transforma constantemente.
Siempre que intervenga una pareja de engranajes, el par transmitido ya ha cambiado
Además se podría llegar a afirmar que lo que importa en realidad es el par en las ruedas y no en el volante de inercia.
Según esta afirmación tan rigurosa podríamos llegar a pensar en el caso extremo por el cual un tractor podría tener el motor de un ciclomotor de 125 cc ¿se podría?; Pues teóricamente si. Veamos por que digo "teóricamente"
El chisel presenta una oposición al movimiento. Para avanzar con el chisel deberemos vencer la oposición del terreno sobre el apero, es decir, por el principio de Newton al menos deberemos proporcionar una fuerza igual y de sentido contrario. El origen de la fuerza en principio no importa; hace unos años provenía de la yunta de mulas, hoy del tractor. La única diferencia entre la tracción animal y la del tractor es que las mulas desarrollan movimiento lineal y el tractor lo hace mediante un par que es, originariamente, el par motor que se ha ido transformando hasta convertirse en el par de giro de las ruedas. Es decir:

La resistencia al arado no la vence el par motor, si no el par en las ruedas.
Así que parece que lo que me interesa es tener mucho par en las ruedas, no en el motor.
Vuelve entonces la pregunta, ¿con el motor de ciclomotor podría mover el chisel? Claro que se podría, solo hace falta ir multiplicando el "pequeñísimo par motor" que proporciona el motorcito del ciclomotor hasta llegar al necesario en las ruedas. ¿Y qué significa esto?
Pues que tendría que tener un desarrollo brutalmente corto, o lo que es lo mismo necesitaría una caja de cambios enorme.
Además en el “mundo real” hay otros condicionantes como son los rozamientos, los pesos… ¡Ah! y otra cuestión nada baladí ¿cuánto tardaría el hipotético tractor con el minimotor de 125 cc en la labor de subsolado?, auguro un auténtico fracaso en el experimento pues la velocidad de avance sería muy, muy pequeña.
Entonces, aclarando, a la pregunta de ¿si el motor de ciclomotor podría llegar a mover un tractor? la respuesta es SI, pero es impensable obtener la potencia necesaria para hacerlo a una velocidad razonable. Recuerdese que la potencia P = W/t fórmula que lo que dice es que la potencia es la capacidad de realizar un trabajo en un tiempo, yo podría con mi coche completar las mismas vueltas que Fernando Alonso a un circuito pero ¡pero no en el mismo tiempo!
Pistón, cigueñal y embrague F1 (Team-BHP.com)

ANALIZANDO LAS CURVAS DE UN MOTOR
Ya sabemos que lo que se obtiene de un motor es la curva de par y la de potencia sólo es un cálculo. Pero en realidad cuando hablamos de “este tractor da 1000 Nm de par” tampoco es una cifra que en si diga mucho puesto que lo que interesa de verdad es la forma de la curva de par.
El interés reside en ver la forma de la curva del par: plana "como pecho de varón" o con "valles y picos como el pecho femenino"
La curva de potencia sólo es un “dibujo” obtenido de la de par.
En realidad en la curva de potencia se pueden ver los mismos “valles-picos” que en la de par, pero suavizados por el producto con las revoluciones, es decir la curva de potencia “engaña” más puesto que se pueden disimular los picos y valles.
La curva de la figura adjunta corresponde al tractor Case Puma 130 y se han realizado para el informe 3210 realizado por el Imamoter ensayo OCDE 2/2 644.
Analizando esa curva se observa como la potencia crece con el régimen y lleva a un máximo (velocidad nominal) luego se mantiene (meseta) y posteriormente cae drásticamente.
Mientras el par es muy plano entre 1000 y 1700 revoluciones. Un par horizontal implica una potencia en forma de recta inclinada, es decir potencia creciente.
En las zonas de la curva donde el motor “gira redondo” es donde hay que trabajar. Es la zona de par máximo, en esa zona se encuentra el punto de mínimo consumo.
Al sobrepasar el punto de par máximo se nota una entrada brusca de potencia, un empujón más severo cuanto más agreste sea el relieve de la curva de par.
A partir del par máximo la curva de par empieza a decaer pero la de potencia sigue subiendo.
En las proximidades del corte de encendido, los valores de par se despeñan, y ni siquiera el incremento de las revoluciones son capaces de compensar este producto, la curva de potencia también cae. A partir de aquí es inútil querer apurar más el motor, pues cada vez tendremos menos potencia y aumentamos muchísimo el riesgo de una rotura de motor.

COMPARANDO CURVAS DE MOTOR
Resulta especialmente interesante comparar curvas de motor. Imagínese un motor con una curva de par alta y plana “como el pecho de un varón”, es un motor con el cual no será preciso utilizar continuamente el cambio de marchas. La potencia llega de forma lineal, con pocas brusquedades. Sería un motor ideal para un coche familiar. Es el denominado "motor elástico" que puede llanear e incluso subir una pequeña cuesta sin cambiar de velocidad.
Imaginemos ahora la curva de un deportivo o incluso de una moto de competición. Ahora la curva ya no se parece en nada a la anterior. En este caso el cliente o usuario busca que su motor de lo mejor de sí en un margen estrecho de revoluciones. El usuario busca no ya "el pecho de un varón" si no un "pecho femenino" con valles y picos. En esta curva el par máximo está en la “cima de una montaña” y si es posible a muy altas revoluciones pues justo en ese intervalo dará una enorme potencia máxima. Este motor deportivo es un motor "poco elástico", que obligará al piloto a estar siempre en esa franja de revoluciones. Un piloto que por lo tanto tendrá que estar cambiando de marcha constantemente. Es el típico motor de un F1 que te pega una “patada” cuando al soltar el embrague justo allí donde los dos componentes de la potencia, las revoluciones y el par, son grandes.
¿Y yo que noto al conducir?: Buena pregunta. Pues cuando pisas el acelerador lo que se nota es la potencia (se transforma en tiro o aceleración); el par no se nota, no depende del tiempo, en definitiva, el par no se “siente” pero sí se nota su incremento.
Al pisar el acelerador lo que se nota es la potencia. El par no se nota, no se “siente” porque no depende del tiempo.
¿Y el motor del tractor?: El motor de un tractor se parece mucho a la curva del coche familiar con una línea de par que cuanto más plana y continuada sea mejor. Lo ideal es que el motor funcionase bien a un régimen bajo pero que además tenga un par constante (un par horizontal). Lo importante es saber que la curva de potencia indica cuanta potencia se entrega y la de par indica como se entrega.
Reserva de par:
Ahora es un concepto que todo el mundo maneja pero se trata de un concepto relativamente nuevo ya que hace unos años se tenía la idea intuitiva pero nadie se había parado a definirlo y expresarlo como una relación entre magnitudes del par en la curva del motor.
La reserva de par es la diferencia entre el par máximo y el nominal expresada en porcentaje de este último. Veamos la curva siguiente.
Curva del par y reserva de par (Motorpasion)
El par máximo está en 680 Nm (obtenido a 1600 r/min) y el par a régimen nominal es de 500 Nm (a la velocidad nominal de 2000 r/min), la reserva de par sería: (680-500)/500 = 36 % y que es una buena cifra.
Hay otro concepto muy importante para valorar un motor y es el Intervalo de utilización del motor, se trata de la variación del régimen correspondiente a la reserva de par, es decir la diferencia entre la velocidad nominal del motor y la del par máximo.
En el ejemplo anterior el intervalo de utilización sería 2000 – 1600 = 400 r/min que es un intervalo pobre o corto.
En conclusión:
El tema da para mucho y seguiré con ello en futuras entradas. Se podrían comparar curvas de motor y sería perfecto comparar comportamientos de tractores para comprobar como un buen motor con una mala transmisión entierra las bondades del motor, y viceversa, como un tractor con una buena transmisión enmascara un pésimo motor. 
También convendría definir conceptos que ahora los fabricantes suelen poner en los catálogos como el de "par de arranque".
La idea final de estas dos entradas, parte 1 y parte 2, es que los conceptos de par y potencia van estrechamente ligados. Qué mientras lo que se mide es el par, la potencia se calcula a partir de la de par; y que mientras el par se transforma siempre que haya una transmisión de movimiento entre engranajes la potencia permanece constante.

7 comentarios:

  1. Enhorabuena. Muy bueno. Disfruté con la comparativa Indurain-Contador y he entendido el concepto de "palanca". No he querido decir nada hasta esperar la II parte prometida. Mi felicitación.
    Estoy doctorándome en una variedad de filosofía que se denomina estética. Buscando por internet llevo meses conociendo a Jordano, Arquímedes, Benedetti y Tartaglia.... ¡impresionante la historia de la humanidad a través de sus avances técnicos!
    Ahora casi he entendido una cosa que me producía desazón y es el concepto de par motor. e par...
    Increíble que haya gente que pueda explicar tan adecuadamente algo de lo que nos servimos y de lo que no tenemos ni idea. Mis felicitaciones, gracias por su ayuda desinteresada.
    ¡Enhorabuena! y espero que yo pueda explicar tan bien algunos conceptos de mi gremio que para el profano también resultan complicados.

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    1. ¡Gracias Mario!, se agradece tanto un comentario tan "efusivo". ¿Estudiante de estética?, interesante.
      De verdad mil gracias, pero en el artículo mío no hay nada nuevo, sólo es un recopilatorio de clases de mis profesores, de algún buen artículo en internet y de manuales de formación de fabricantes de tractores (antes se hacían y eran muy didácticos, ahora, con tantos medios y herramientas los manuales o no existen o son pésimos)
      Gracias, de verdad.

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  2. Buenas tardes Helio:
    Estupendo colofón a la primera entrada. Otra magnífica clase de física aplicada, como dice el amigo Mario en su comentario.
    Resumiendo: El tractor se lleva de forma que girando el motor redondo y alegre no vaya forzado de revoluciones y conseguimos un buen par, es decir, no apretar tanto el acelerador y jugar con la caja de cambios que para eso está. "El tractor va agarrado con soltura de motor". Al mismo tiempo está claro que ahorramos combustible.
    Yo esto último lo había comprobado durante mucho tiempo (llevo estadística de consumo en mi tractor MF 4255 DT), pero la explicación técnica (Física con conceptos de par y potencia) no la conocía. Me gustaría si he dicho algo incorrecto me lo corrigieras o me digas si me he enterado de la clase.
    La entrada es una pasada de verdad. Muchas Gracias por tan magistral clase. Gracias de verdad. Ya me hubiera gustado tener un profesor así cuando estudiaba Ingeniería Técnica con la asignatura: Motores y Máquinas Agrícolas.
    Francisco José Gutiérrez. Un Saludo.

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    1. Gracias Francisco por el piropo. Como decía en el comentario anterior solo he puesto lo que a mi antes me han transmitido de forma mucho más científica.
      En cuanto a tu explicación lo has entendido perfectamente. Todo agricultor que lleve estadísticas de consumo de sus tractores entenderán "la importancia de las 400 vueltas" y es que es impresionante la diferencia entre trabajar a 1600 y a 2000
      Un saludo

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  3. Que te voy a decir de la entrada Helio que hayan dicho ya. Mi más sincera enhorabuena por estas dos clases de regalo que das a tu audiencia.
    Por cierto, muy buena la foto del "pulso entre el hombre y la maquina", le viene como anillo al dedo a la entrada.
    Un saludo.

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  4. Buenas tardes Helio, aunque habría que empezar a llamarte Super Helio, dada la (super)ayuda que ofreces y de forma desinteresada, a lo Superman; motivado por el amor hacia la gente y los superpoderes, en este caso tus amplios conocimientos, maestría y explicación clara.

    Dicho esto, solo corroborar dos detalles:
    1.- A mayor reserva de par de un motor, ¿mejor?

    2.- A mayor intervalo de utilización del motor, ¿mejor por que quiere decir que la meseta plana es mas amplia?

    Un saludo desde Manzanares (CR), amigo de Sebastián J.

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    1. ¡Gracias Sebastián! pero ya sabes que no es el altruismo lo que me mueve si no el egoísmo debido a que como disfruto haciéndolo pues lo hago. Si mi egoísmo sirve a otros pues perfecto.
      Respecto de la pregunta 1: Efectivamente, a mayor reserva de par mejor respuesta del motor. Pero ojo que hablamos de motores de tractor. Quizá a Fernando Alonso le importa un bledo la reserva de par (en realidad le importa un bledo) y lo que quiere es potencia a regímenes altos, mucha potencia aunque sea a 18000 rpm.
      Pregunta 2.- Si. A mayor intervalo de utilización significa que dispones de más amplio de intervalo de revoluciones para usar el tractor. Por ejemplo desde el par a 1000 rpm hasta el par a 1800 rpm. Esto es lo que ocurre con los motores modernos. Mira las curvas del tractor que hay hoy (28 octubre del 2016) en la cabecera del blog http://www.masquemaquina.com/2016/10/conduccion-eficiente-del-tractor.html Verás que impresionante. Y en el cuadro de los ensayos verás que la transmisión cuando trabajó en automático (es decir "a su bola") no llegó a 1300 rpm para arrastrar una grada de 44 discos!!! (los agricultores presentes se pellizcaban...)
      Pero vuelvo a repetirte que a Fernando Alonso esto no le impresiona y quiere un pico de par a 15000-18000 rpm que significa un huevo de potencia a esas revoluciones (recuerda que la potencia en si "no existe" pues la potencia es el producto de par * revoluciones)

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