Entendemos por curvas características de un motor vehicular a la Potencia (N), el Torque (MT), y el Consumo específico de combustible expresadas en función de las RPM del mismo.
La potencia es la cantidad de trabajo en la unidad de tiempo capaz de entregar y se expresa en HP (Horse Power) o CV (caballo vapor).
El torque se define como la fuerza por la distancia, y para que lo entendamos imaginemos que coloco una campana de freno en el eje de salida del motor y la zapata de freno la acciono con una palanca, a la fuerza que hago en el extremo de la palanca para frenar el motor, por la distancia al centro del eje del mismo es el torque que está entregando a las rpm de giro.
El consumo específico de combustible se expresa en masa de combustible consumida en la unidad de tiempo por cada unidad de potencia entregada ( gr/HP. hora).
Las dos primeras curvas mencionadas son las que más comúnmente conocemos puesto que son más fáciles de obtener, mientras que la de consumo especìfico necesita una serie de ensayos, pensemos que debo mantener funcionando el motor a un régimen determinado entregando la potencia máxima en ese régimen y luego de un tiempo prudencial pesar el combustible y de esa forma calcular el consumo. Así realizarlo en toda una gama de rpm para que la curva sea razonablemente precisa.
Comencemos entonces a razonar como son y cómo se obtienen las dos primeras, Potencia y Torque, y vamos a dejar para otro momento la de consumo especìfico.
Pensemos en un motor ideal, donde no hay rozamientos, el cilindro se llena perfectamente de mezcla aire combustible, no hay perdidas de carga en los conductos ni en el pasaje de los gases por las válvulas, no hay transferencia de calor en la compresión ni en la expansión (osea que pensamos que son transformaciones perfectamente adiabáticas) y que las válvulas se abren y cierran instantáneamente. En este caso hipotético ideal, la potencia es entonces solo función del régimen de giro, es decir es proporcional al número de vueltas, si este aumenta pues entonces aumenta la potencia entregada. Es así que se obtiene entonces una recta que nace en cero con una pendiente determinada que relaciona las rpm con la potencia.
Ahora bien como la potencia N es igual al torque por las RPM por 2π , es decir:
N=2π.RPS.MT (1)
Si expresamos las vueltas en rps (unidad 1/seg) y el torque en Newton.metro obtenemos la potencia en watios, y recordemos que cada 746 watios equivale a 1 HP.
Si despejamos el torque nos queda:
MT=N/(2π.RPS) (2)
Entonces el torque es la pendiente de la recta de potencia que es constante, es decir que es una recta horizontal.
Así tenemos las curvas de potencia y torque de un motor ideal:
La potencia es la cantidad de trabajo en la unidad de tiempo capaz de entregar y se expresa en HP (Horse Power) o CV (caballo vapor).
El torque se define como la fuerza por la distancia, y para que lo entendamos imaginemos que coloco una campana de freno en el eje de salida del motor y la zapata de freno la acciono con una palanca, a la fuerza que hago en el extremo de la palanca para frenar el motor, por la distancia al centro del eje del mismo es el torque que está entregando a las rpm de giro.
El consumo específico de combustible se expresa en masa de combustible consumida en la unidad de tiempo por cada unidad de potencia entregada ( gr/HP. hora).
Las dos primeras curvas mencionadas son las que más comúnmente conocemos puesto que son más fáciles de obtener, mientras que la de consumo especìfico necesita una serie de ensayos, pensemos que debo mantener funcionando el motor a un régimen determinado entregando la potencia máxima en ese régimen y luego de un tiempo prudencial pesar el combustible y de esa forma calcular el consumo. Así realizarlo en toda una gama de rpm para que la curva sea razonablemente precisa.
Comencemos entonces a razonar como son y cómo se obtienen las dos primeras, Potencia y Torque, y vamos a dejar para otro momento la de consumo especìfico.
Pensemos en un motor ideal, donde no hay rozamientos, el cilindro se llena perfectamente de mezcla aire combustible, no hay perdidas de carga en los conductos ni en el pasaje de los gases por las válvulas, no hay transferencia de calor en la compresión ni en la expansión (osea que pensamos que son transformaciones perfectamente adiabáticas) y que las válvulas se abren y cierran instantáneamente. En este caso hipotético ideal, la potencia es entonces solo función del régimen de giro, es decir es proporcional al número de vueltas, si este aumenta pues entonces aumenta la potencia entregada. Es así que se obtiene entonces una recta que nace en cero con una pendiente determinada que relaciona las rpm con la potencia.
Ahora bien como la potencia N es igual al torque por las RPM por 2π , es decir:
N=2π.RPS.MT (1)
Si expresamos las vueltas en rps (unidad 1/seg) y el torque en Newton.metro obtenemos la potencia en watios, y recordemos que cada 746 watios equivale a 1 HP.
Si despejamos el torque nos queda:
MT=N/(2π.RPS) (2)
Entonces el torque es la pendiente de la recta de potencia que es constante, es decir que es una recta horizontal.
Así tenemos las curvas de potencia y torque de un motor ideal:
GRAFICO 1
Ahora pasemos a un motor real tradicional, en el cual las válvulas son normal cerradas por medio de la acción de un resorte y sin distribución variable. Este tipo de motores se desarrolla partiendo del régimen deseado de funcionamiento, y a ese régimen se diseña todo el flujo de entrada de mezcla aire combustible para lograr el mejor llenado del cilindro y la mejor salida de los gases de escape. En este régimen de funcionamiento la potencia obtenida es la que más se aproxima a la ideal, cuando nos apartamos de ese punto de diseño se aleja la curva de potencia de la ideal. Posteriormente a altas vueltas, se produce un fenómeno de pérdida de potencia ya que el resorte de la válvula no puede mantener el botador pegado al perfil de la leva y se despega de la rampa de salida de la leva. Se dice que las válvulas flotan y la potencia cae abruptamente.
Debido a las causas antes mencionadas la curva real de potencia de nuestro motor queda con la siguiente forma:
GRAFICO 2
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Debido a las causas antes mencionadas la curva real de potencia de nuestro motor queda con la siguiente forma:
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La ecuación (2) sigue vigente, por lo cual si la aplicamos a esta curva real de potencia obtenemos la curva real de torque. Por otra parte están limitadas las RPM de mínima ya que su sistema inercial es solo capaz de mantenerlo en marcha a un régimen calculado a tal fin, por debajo de él, el motor se detendrá. Así tenemos las curvas de potencia y torque real de un motor de pistones con válvulas normal cerradas por la acción de resortes y sin distribución variable, cuyo aspecto se ve en el próximo gráfico.
GRAFICO 3
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GRAFICO 3
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Cabe acotar que estas curvas son a máxima potencia, o lo que es lo mismo a mariposa totalmente abierta. Para que se entienda mejor, estas curvas se toman de la siguiente manera: luego de calentar bien el motor, se hace lo que se conoce como la “tirada”, se pone el acelerador a fondo, con lo cual se va a máxima RPM (al corte) y se lo empieza a cargar (a extraerle potencia, que es lo mismo que frenarlo por algún método) con lo cual empieza a caer de régimen, pero el acelerador se mantiene siempre a fondo, y se lo sigue cargando hasta llegar a las mínimas rpm de funcionamiento por debajo de la cual se detendría el motor. Así se obtienen las curvas del Grafico Nro 3
Es decir que podríamos graficar tranquilamente una gama de curvas de potencia que aparecerían por debajo de la principal y que podrían tomarse con acelerador al 90%, al 80%, al 70% etc, etc.
Teniendo entonces las bases de cómo se obtienen las curvas de torque y potencia pasemos entonces a interpretarlas:
Claramente se puede dividir en dos zonas principales, a la izquierda del pico máximo de torque denominada “Zona Inestable”, y a la derecha del pico máximo de torque, denominada “Zona Estable” de funcionamiento del motor. Analicemos el porqué de esa nomenclatura; si nos ubicamos en la zona estable, supongamos a 9500 rpm, y repentinamente aparece una resistencia adicional al funcionamiento del motor, este caerá en vueltas disminuyendo su régimen de giro, pero en esa variación vemos que aumenta el torque por lo que en pocos instantes se recuperan las rpm iniciales volviendo a las 9500 rpm. Por el contrario si el motor se encuentra funcionando en la zona inestable, por ejemplo a 5300 rpm, y debe soportar una carga adicional o resistencia adicional, rápidamente caerá en vueltas y también disminuye el torque, por lo tanto entramos en una caída de régimen que finalizará deteniendo el motor.
A la diferencia entre el pico de máximo torque y el de máxima potencia se lo conoce como elasticidad de un motor. Un motor de competición es un motor muy poco elástico y por el contrario un motor de camión es un motor muy elástico teniendo un pico de torque a pocas vueltas y el pico de máxima potencia casi a máximo régimen de giro.
Para el ambiente moto ciclístico, las motos de trail presentan motores elásticos y las de pista motores poco elásticos.
GRAFICO 4
Es decir que podríamos graficar tranquilamente una gama de curvas de potencia que aparecerían por debajo de la principal y que podrían tomarse con acelerador al 90%, al 80%, al 70% etc, etc.
Teniendo entonces las bases de cómo se obtienen las curvas de torque y potencia pasemos entonces a interpretarlas:
Claramente se puede dividir en dos zonas principales, a la izquierda del pico máximo de torque denominada “Zona Inestable”, y a la derecha del pico máximo de torque, denominada “Zona Estable” de funcionamiento del motor. Analicemos el porqué de esa nomenclatura; si nos ubicamos en la zona estable, supongamos a 9500 rpm, y repentinamente aparece una resistencia adicional al funcionamiento del motor, este caerá en vueltas disminuyendo su régimen de giro, pero en esa variación vemos que aumenta el torque por lo que en pocos instantes se recuperan las rpm iniciales volviendo a las 9500 rpm. Por el contrario si el motor se encuentra funcionando en la zona inestable, por ejemplo a 5300 rpm, y debe soportar una carga adicional o resistencia adicional, rápidamente caerá en vueltas y también disminuye el torque, por lo tanto entramos en una caída de régimen que finalizará deteniendo el motor.
A la diferencia entre el pico de máximo torque y el de máxima potencia se lo conoce como elasticidad de un motor. Un motor de competición es un motor muy poco elástico y por el contrario un motor de camión es un motor muy elástico teniendo un pico de torque a pocas vueltas y el pico de máxima potencia casi a máximo régimen de giro.
Para el ambiente moto ciclístico, las motos de trail presentan motores elásticos y las de pista motores poco elásticos.
GRAFICO 4
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