1.8.2. Par y potencia (II)

Video resumen 1.8.2. Par y potencia (II)

Ya sabemos qué es el par y la potencia y sus aportaciones en el automóvil.

En este módulo se va a explicar cómo se leen las curvas de par y potencia, pues tienen valores variables según las RPM de funcionamiento del motor, como ya se ha adelantado anteriormente.

Se explica la necesidad de que el motor tenga sus valores y tipos de curvas de par y potencia en función del tipo de automóvil y utilización prevista.

Se termina exponiendo las formas de medir las curvas de par y potencia.

Las curvas de par y potencia

Para llegar a las curvas de par y potencia antes unos comentarios con la ayuda de esta animación, en la que se ve un motor de cuatro cilindros en línea de lado y dos vistas de frente, a la izquierda a medias RPM y a la derecha a altas RPM:

  • El par es proporcional al llenado y es variable según diferentes aspectos, estos son los más influyentes:
    • Velocidad de los gases en los colectores; generando las ondas de presión mencionadas en el módulo anterior
    • Formas de los colectores; sus dimensiones, sección, longitudes, curvas y demás detalles afectan en gran manera a la circulación de los gases de admisión y escape
    • Filtro de aire; es necesario para evitar la entrada de suciedad e impurezas a los cilindros, pero supone un freno a la circulación del aire de admisión y con importantes efectos sobre las ondas de presión
    • Silenciadores; en el escape son igualmente necesarios, también alteran las fluctuaciones de las ondas de presión de estos gases
    • Mariposa de gases; altera el paso de la masa de admisión, más con aperturas parciales. Totalmente abierta afecta menos
    • Estos aspectos y otros más son tenidos muy en cuenta en el diseño del motor por su gran trascendencia sobre el par y la potencia
  • El objetivo es lograr que le mejor llenado, par máximo, esté en la zona de RPM que más utiliza el conductor del automóvil, y en el caso de un turismo es a medias RPM
  • Se logra adaptando las secuencias de apertura y cierre de las válvulas que más favorecen el llenado a estas RPM, es decir la posición del árbol de levas con  relación a los pistones

En las preparaciones de los motores para utilizaciones deportivas y competición, el primer elemento que se modifica es el árbol de levas, para obtener el mejor llenado/par a más RPM, lo que implica aumentar la potencia.

No importa que a bajas RPM se pierda respuesta.

La animación que vemos a continuación nos diseña la curva de par motor de un automóvil de turismo y calcula la de potencia:

  • En las abscisas se representan las RPM
  • En las ordenadas, a la izquierda, el par motor
  • Bajo las RPM se ven cilindros para ir reflejando las variaciones de llenado/par
  • El par y potencia de miden con el acelerador a fondo para que el motor entregue todas sus prestaciones
  • Creación de la curva de par:
    • Desde ralentí el motor va subiendo de RPM y el llenado va mejorando
    • Al llegar a medias RPM es cuando se obtiene el mejor llenado del motor, es el par máximo
    • El motor continua subiendo de RPM pero el llenado decrece, pues las ondas de presión no coinciden con las secuencias de válvulas
  • Una vez elaborada la curva de par motor se calcula la de potencia aplicando la fórmula, Potencia = Par x RPM a cada uno de los puntos de la curva de par
  • Se ve a la derecha la escala de la potencia
  • Se sitúan sobre el cuenta RPM los puntos de par y potencia máximos; al ser un motor de automóvil de turismo el par está a medio régimen y la potencia en la zona alta de RPM

Veremos seguidamente como los valores de par y potencia máximos, y las formas de sus curvas, son bastante diferentes según el tipo de automóvil a que van destinados.

Objetivo a más par y curva “plana”

Para entender mejor los objetivos respecto al par y potencia, vamos a comparar en la animación siguiente curvas de par y potencia de diferentes tipos de automóviles, para tratar de conjugar después en un mismo motor todas las ventajas de cada uno de estos, si es posible:

Las tres imágenes superiores representan motores para diferentes tipos de automóviles:

  • Izquierda todoterreno o vehículo de carga:
    • Se buscan buenos valores de par y desde bajas RPM
    • La potencia es secundaria
  • Central, turismo:
    • Ha de responder bien el motor en vacío y también con todas las plazas ocupadas más maletero lleno
    • Se logra equilibrando los valores de par y potencia, situando el par máximo en la zona media de RPM
  • Derecha, deportivo:
    • Se quiere tener prioritariamente potencia, lo que implica que el par máximo esté hacia la zona alta de RPM, lo que hace que la elevada potencia se logre a más altas RPM
    • Poca respuesta del motor a bajas/medias RPM

Partiendo de un motor con la misma cilindrada….. ¿es posible conseguir una curva de par plana?; si con estas tecnologías:

  • Distribución de fase variable; modifica las secuencias de actuación de las válvulas durante el funcionamiento del motor
  • Alzado variable de las válvulas de admisión; se sustituye la mariposa de gases por la variación de la cota de apertura de las válvulas
  • Colector de admisión de geometría variable; los gases de admisión pueden pasar por colectores de diferente sección y recorrido

Partiendo de un motor con la misma cilindrada….. ¿es posible conseguir más par y potencia?, si con….:

  • Sobrealimentación; llenado a presión de los cilindros

El objetivo es utilizar estas tecnologías combinadas para incrementar el par y potencia máximos, y hacer que la curva de par sea más plana.

Medición del par y la potencia

En realidad se mide la curva de par, la potencia se calcula a partir de esta con la fórmula.

Hay dos formas de medir el par, empezamos con un banco de potencia o de motor, que mide la curva directamente sobre el motor según se ve en esta animación (son explicaciones didácticas):

En banco de potencia o de motor:

  • Se coloca en el extremo del cigüeñal del motor un tambor de giro del banco de potencia
  • El banco de potencia incorpora la gráfica para grabar las mediciones, palancas de freno que inciden sobre el tambor de giro y sensor de par que conecta con el tambor de giro
  • Se pone el motor en marcha y se acelera a fondo
  • Las palancas de freno sobre el tambor de giro estabilizan las RPM del motor para ir midiendo el par generado y grabar la curva de par
  • Al subir el motor de RPM se comprueban los valores y confirma el cálculo de la curva de potencia
  • Parada del motor

Para hacer esta medición se dispone de sistema externo para refrigerar el motor, y todos los complementos necesarios para su correcto funcionamiento.

El hecho de aplicar un freno para medir el par motor generado y la potencia resultante, explica que esta forma de medición se conozca también como “potencia al freno”.

En banco de rodillos:

  • Se ve el banco de rodillos con el gráfico de grabación de las curvas
  • El automóvil se coloca sobre el banco de rodillos, las ruedas motrices sobre los rodillos, las delanteras en este caso pues es un automóvil de tracción (delantera), y las no motrices, traseras, sobre los soportes – freno
  • Motor en marcha, se inserta la 3ª relación (generalmente) y se acelera a fondo
  • El banco va grabando en la gráfica el par de giro de los rodillos, lo que da la curva de par en rueda
  • Después calcula la curva de potencia en rueda
  • Se para el motor y se repite la prueba en 3ª relación con el embrague pisado, pero ahora es el banco a través de sus rodillos el que mueve la transmisión para valorar la pérdida de par
  • Suma esta medición a la original en rueda y se obtienen las curvas de par y potencia del motor

Durante esta prueba es muy importante mantener la temperatura de funcionamiento del motor, y controlar que no entren en funcionamiento consumidores eléctricos que alteren las mediciones.

Resumen de este módulo

Con estas imágenes damos un repaso al contenido de este módulo:

  • El llenado es proporcional al par motor y la potencia depende el par, además de las RPM
  • Si aumenta el valor del par lo hace también la potencia
  • En el gráfico vemos unas curvas de par y potencia de un automóvil de turismo, el par máximo está a medias RPM
  • El objetivo es lograr valores más altos y que la curva de par sea lo más plana posible, con mejoras en la potencia
  • El par y potencia se pueden medir en un banco de potencia o de motor directamente sobre el motor, o con un banco de rodillos, entonces se mide el par en rueda y se le suman las pérdidas por transmisión

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