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. Pero ya he comentado que el par se transforma constántemente, en realidad en cada pareja de engranajes. Además lo que importa es el par en las ruedas. Esto es así, sin paliativos y es una afirmación tan rigurosa que incluso se podría llegar al caso extremo y pensar que se podríamos tener un tractor para llevar un chisel con un motor de ciclomotor de, por ejemplo, 125 cc ¿se podría?
Teóricamente si.
El chisel presenta una oposición al movimiento. Como sabemos el tractor hace un movimiento lineal. Si queremos movernos deberemos vencer la oposición del terreno sobre el chisel, 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. En principio, lo que me interesa es tener mucho par en las ruedas, no en el motor. Con el motor de ciclomotor ¿podría mover el chisel? Pues sí, pero claro tengo que ir multiplicando el par motor hasta llegar al necesario en las ruedas y eso significa que tendría que tener un desarrollo brutalmente corto, es decir la caja de cambios sería enorme. Además en el “mundo real” hay otros condicionantes como son los rozamientos, los pesos… y es que además se ha olvidado una cosa en este ejemplo y es ¿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 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.
P = W/t es decir 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!

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. Lo interesante es ver el par con el régimen y los picos y valles de la curva.
La curva de potencia sólo es un “dibujo” obtenido de la de par. En realidad se pueden ver los mismos “valles-picos” que en la de par, pero suavizados por el producto con las revoluciones, es decir la 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. La potencia crece con el régimen y lleva a un máximo (velocidad nominal) se mantiene (meseta) y luego cae drásticamente. El par es muy plano entre 1000 y 1700 revoluciones. Un par horizontal implica una potencia en forma de recta inclinada.
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. Pero un deportivo ya es otra cosa. Al usuario le gusta que de lo mejor de sí en un margen estrecho de revoluciones. Gusta un par con valles y picos donde el par máximo esté en la “cima de una montaña” y si es posible a muy altas revoluciones pues justo en ese intervalo dará una enorme potencia máxima. Se trata de un motor poco elástico que te obliga a estar siempre en esa franja de revoluciones. Esa es la “patada” que da un F-1 pues se suelta el embrague justo donde los dos componentes de la potencia, las revoluciones y el par, son grandes. Además aquí hago una observación más: al pisar el acelerador lo que se nota es la potencia (se transforma en tiro o aceleración) puesto que el par no se nota, no depende del tiempo, en definitiva, el par no se “siente” pero sí se nota su incremento.
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. Imaginemos un tractor con un par máximo de 1000 Nm (obtenido a 1400 r/min) y un par a régimen nominal de 807 Nm (a la velocidad nominal de 2200 r/min), la reserva de par sería: (1000-807)/807 = 24 %
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 2200 – 1400 = 800 r/min

MOTOR DE 4 Ó DE 6 CILINDROS
Alguno está pensando “entonces lo que me importa es tener caballos”, pues está en un error. Lo importante no es tanto los caballos si no como se consiguen. Y aquí viene lo importante, no es lo mismo 100 CV en un monocilíndrico que en un motor de 6 cilindros.
No es lo mismo porque la forma de entregar la potencia es completamente diferente, sus curvas de par no se parecen. Sin embargo entre un 4 y un 6 cilindros ¿hay mucha diferencia? Pues no, no hay tanta.
Motor de 4 cilindros: El orden de encendido suele ser 1-3-4-2 (aunque también encontraréis el 1-3-2-4 e incluso el 1-2-4-3), es decir siempre hay un cilindro, y sólo uno, haciendo trabajo, puesto que cada cilindro se encuentra en un tiempo diferente. Imaginemos un motor de 6000 cm3 de 4 cilindros, significa que 1500 cm3 siempre están en carrera de trabajo.

Motor de 6 cilindros: En un 6 c el orden suele ser 1-5-3-6-2-4 (pero también hay otras igualmente populares) El cigüeñal lleva las muñequillas dispuestas en ángulo de 120º posicionando los émbolos por parejas (por ejemplo 1-6; 2-5; 3-4). Esta disposición se adopta porque se garantiza el equilibrado dinámico del cigüeñal con respecto a sus puntos de apoyo. En un motor de 6 cilindros hay momentos donde solo 1 cilindro está haciendo trabajo y otros donde son 2 cilindros. En el mismo motor anterior de 6000 cm3 pero 6 cilindros, hay momentos donde 1000 cm3 hacen trabajo y otros donde "trabajan" 2000 cm3

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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