Todos alguna vez hemos estado hablando con amigos, conocidos o familiares de coches, y siempre o casi siempre comentamos la potencia que tiene tal o cual modelo. En alguna ocasión incluso comentamos el par que saca tal motor, pero, ¿realmente sabemos qué es cada cosa y como la obtenemos? Vamos a tomar esa pregunta como base para explicar de una forma muy sencilla qué es el par y la potencia, así como la relación que tienen entre sí.
Par y potencia: definición
Para empezar, definiremos algunos aspectos que están relacionados con la definición propia del par y la potencia:
- Sabemos que el PAR mecánico es la magnitud física que mide la capacidad del motor de producir un trabajo, pero ¿Qué es trabajo?
- Trabajo, en términos físicos lo definimos como: el producto de una fuerza aplicada sobre un cuerpo y del desplazamiento del cuerpo en la dirección de esta fuerza. Mientras se realiza trabajo sobre el cuerpo, se produce una transferencia de energía al mismo, por lo que puede decirse que el trabajo es energía en movimiento. Para quede más claro, es una fuerza por una distancia. Su unidad de medida es el Newton (N) tal y como nos indica nuestro Sistema Internacional de medidas.
M = F x d = N.m
Donde:
M = par o momento de un par de fuerzas
F = fuerza
d = distancia
Utilizando esa definición de fuerza por distancia y aplicándola a nuestro motor, sería toda la fuerza (o energía) que obtenemos cuando explota la mezcla de aire-combustible del interior de los cilindros por medio de la chispa de la bujía, y lo multiplicamos por el desplazamiento que hace el pistón desde el punto muerto superior al punto muerto inferior.
Pero cuidado, porque ese desplazamiento es lineal y, por mucho PAR que hayamos obtenido en nuestro motor, sino podemos trasladarlo a las ruedas no vamos a conseguir nada, así que vamos a necesitar del cigüeñal para que nos convierta ese movimiento lineal en uno de rotación. En nuestro caso mediremos esos Newton en el extremo del cigüeñal, por ser el elemento que nos transforma el movimiento. Un ejemplo cotidiano de PAR sería cuando apretamos o aflojamos una tuerca.
En la imagen inferior lo veréis de una forma más clara. De aquí obtenemos los famosos N.m (newton-metro) que aparecen como unidad en los catálogos de los diferentes fabricantes.
Con respecto a la POTENCIA, la definiremos de forma teórica como el producto del trabajo por una unidad de tiempo si hablamos de ella en términos físicos. En términos mecánicos su definición sería el producto de una fuerza por una velocidad, donde nuestra fuerza va a ser el PAR obtenido anteriormente y nuestra velocidad el régimen de giro o revoluciones por minuto de nuestro motor.
P= M x n = W
Donde:
P = potencia
M = par de fuerza
n = régimen de giro
La unidad de medida de la potencia es el vatio (W), tal y como dice nuestro SI, aunque estemos más acostumbrados a ver los caballos de vapor (CV) como unidad de medida. Disculpadme por haberos soltado todo este rollo físico-teórico, del cual seguro que te habrás aburrido, y sino enhorabuena, eres una persona con inquietudes y quieres saber más cosas de los motores. Ahora sí que vamos a entrar en lo que nos importa, ¿qué es más importante el par o la potencia cuando vamos a comprar un coche?
Par frente a potencia
Para ello vamos a tomar como ejemplo, un camión, donde se puede aplicar perfectamente todos los conceptos que hemos introducido más arriba. Está muy claro que para mover un semi-remolque vamos a necesitar una ingente cantidad de fuerza para vencer ese peso y poder arrástralo, pero no va a ser fuerza lineal, sino rotacional: par motor.
Por tanto, el motor tendrá que entregar un par motor tal que sea capaz de desplazar el semi-remolque. Si no es suficiente, el camión no se moverá, si por el contrario es mayor que la resistencia que opone el remolque, avanzará. Con esta situación parece que el par motor va a ser lo que va a vencer la resistencia del peso, asfalto, aire en nuestro camión, pero nada más lejos de la realidad, por lo menos no exactamente.
Imaginemos que a nuestro camión le cambiamos el motor y le ponemos uno de un cuadriciclo. Sí, es una situación totalmente absurda, pero muy válida. ¿Podrá mover este pequeño motor todo ese peso? A priori podemos pensar que no, pero ¡Para qué tenemos la caja de cambios! Efectivamente, bastaría con colocar un desarrollo que multiplicase su par hasta vencer esa resistencia.
Partamos de esta situación, donde tenemos un camión con motor de cuadriciclo que, además, tiene el par suficiente para poder arrastrar el remolque. Si echamos un vistazo arriba y volvemos a la definición de par: para mover la rueda de molino (par M) o hacemos mucha fuerza (F) o aumentamos los brazos de la noria para lograr moverla.
Entonces ¿dónde está el truco? Si tenemos en cuenta que no hay rozamiento ni nos influye el peso de la caja de cambios y que todo es teórico, realmente sí que vamos a poder arrastrar ese semi-remolque que tenemos acoplado a nuestro camión, pero ¿cuánto vamos a tardar en llegar a nuestros destino? Seguramente una eternidad, porque el camión tendrá una velocidad tan ridícula, que parecerá que esté prácticamente parado.
Donde quiero llegar, es que una cifra x de par motor se obtiene de una forma sencilla, basta con acortar el desarrollo de nuestra caja de cambios. Con todo lo que nos daremos cuenta es que la potencia se mantiene de forma constante. En nuestro ejemplo, obtendremos el par suficiente de nuestro motor para mover nuestra carga, pero no la suficiente potencia como para moverlo a una velocidad adecuada. Por tanto, la potencia es lo que mejor nos va a definir un motor y no el par, aunque pensemos lo contrario.
Para aclarar esto, tomaremos una segunda definición de potencia:
P = F x v
Donde:
P = potencia
F = fuerza
v = velocidad
Con esta fórmula vemos que la importancia no está en la fuerza, sino en la velocidad (v), es decir, el tiempo (t) que tardamos en mover la carga (trabajo W). Con estos conceptos tomamos la definición de potencia que hemos comentado más arriba: capacidad de realizar un trabajo por unidad de tiempo. En base a ello, lo que nos va a definir a nuestro camión va a ser la potencia que tengamos disponible en cada momento. La cifra de par que obtengamos en el motor, va a ser un dato casi sin valor, ya que para obtener más o menos par, sólo tendríamos que modificar la relación de transmisión de nuestra caja de cambios.
Quiero decir, que si vamos a hacer un viaje con nuestro camión de Valencia a Gijón, lo vamos a hacer igual en un camión que en un cuadriciclo, pero, ¿tardaríamos el mismo tiempo? Esa respuesta la tiene la potencia.
Gráficas de Par, Potencia y Revoluciones motor
Eso no quiere decir que no tengamos que darle la importancia que se merece el par motor, ya que éste nos va a indicar cómo va a funcionar nuestro motor. Y aquí entramos en el terreno de las gráficas de par y potencia de nuestros coches. Si nos fijamos en la gráfica del motor TSI (gráfica inferior), observamos que la curva de par es muy plana desde bajas vueltas hasta llegar a algo más de medio régimen, momento en el que empezamos a notar como la curva de potencia máximo va creciendo hasta llegar a su punto álgido, en torno a las 5.500 rpm.
Esto lo convierte en un motor muy elástico, en el que el rango de funcionamiento es muy estable en gran parte de la franja de revoluciones. Tened en cuenta que este tipo de motores turboalimentados están pensados para ser más dóciles que los de épocas pasadas, los cuales eran mas bruscos a la hora de entregar la potencia. Para comprobarlo, bastaría con conducir cualquier modelo turbo de los años 80-90, donde la electrónica no estaba muy avanzada.
Por el contrario, si nos fijamos en la gráfica de un motor deportivo, como el que nos ocupa en la gráfica inferior (pertenece al motor del Porsche 911 GT3), observamos que tanto el par como la potencia están en la zona alta de revoluciones. Si os dais cuenta, el par máximo lo tenemos a 6.000 rpm, mientras que la potencia está en torno a las 8.250 rpm, lo que nos limitaría su uso a ir siempre rápido, tanto de marcha como de velocidad, si queremos sacarle jugo al motor.
Esto es completamente normal, porque al ser un vehículo de competición queremos tenerlo “todo arriba” para ir lo más rápido posible. Sino fijaos en los motores de fórmula 1, que por lo general suelen tener su funcionamiento óptimo en la zona de revoluciones más alta, lo que los delimita a una franja muy estrecha de funcionamiento. Vamos, que es un motor muy poco elástico.
En cuanto a un motor atmosférico (gráfica inferior), podemos ver que las curvas de par y potencia son muy características. Si observáis, las curvas van creciendo a medida que suben las revoluciones del motor, por lo que si queremos obtener un par y potencia óptimos de funcionamiento, tendremos que subir de vueltas el motor. Además en la gráfica inferior vemos que las curvas no son homogéneas, sino que tienes crestas y valles en todo su rango de funcionamiento.
Esto se traduce en que si queremos hacer un adelantamiento y vamos a medio o bajo régimen, nos veremos obligados a tener que bajar una o dos marchas para poder tener la suficiente potencia para poder realizar ese adelantamiento con seguridad, perjudicando el consumo, entre otras cosas.
Como curiosidad os adjunto también la gráfica de par y potencia de un vehículo eléctrico, para que veáis las diferencias y cómo entrega el par y la potencia. Recordad que en su día también os hablamos de la entrega de par en motores de combustión vs. motores eléctricos, analizando exhaustivamente quién gana y por qué.
Si observamos esta gráfica, lo primero que nos llama la atención es que la entrega de par máximo empieza desde 0 rpm. Esto se debe al modo de trabajo de los motores eléctricos. Sobre la potencia, vemos que su valor máximo está en el mismo rango de rpm que el par. La sensación que vamos a tener al conducir este tipo de vehículos es que aceleran de forma contundente, pero que a medida que vamos aumentado las rpm, va perdiendo par y potencia.
Madre mía, ¿la unidad de medida del trabajo es el Newton? ¿Sistema Internacional de «Medidas»? Como para seguir leyendo… Igual os hace falta informaros antes de querer informar, ¡es bueno reconocer las limitaciones de cada uno!
La nota en general es buena. Es sólo un error. La unidad de trabajo es Julio ó Joule que equivale a Newton por metro.