¿Cuál es la diferencia entre el par y la potencia?

Relación potencia <-> par

En general, la relación entre potencia y par es una fórmula simple:

Power[kW] = Torque[Nm] * RPM * π / 30,000

lo que significa que siempre puede calcular una curva a partir de la otra en los diagramas de par/potencia (eso es también lo que hace el dinamómetro)

Entonces, ¿por qué siempre se trazan ambas curvas, si son más o menos iguales?

Este diagrama muestra algunas curvas de cinco motores teóricos:

Cada motor tiene un par de 350 Nm a 8000 RPM (y por lo tanto la misma potencia máxima a esas RPM), y cada motor tiene un par máximo de 450 Nm.

Un conductor normal usa el rango de hasta 3000 RPM en la calle, por lo que su mejor opción es el motor n.º 2 seguido del n.º 1. Esos darían la mejor aceleración a RPM moderadas.

En una carrera en la que el motor funciona a RPM muy altas, es mejor que elijas el número 5.

Esta evaluación se puede hacer con ambas curvas - potencia y par, porque muestran más o menos la misma cantidad. ¡ PERO las curvas de par muestran las diferencias mucho más claras que las curvas de potencia!

Sin embargo, las curvas de potencia (pueden) mostrar algunos detalles interesantes. La potencia del #4 disminuye entre 4000 y 5000 RPM. Otro punto es que, por lo general, la potencia máxima no está en las RPM máximas, y desea saber a qué RPM se encuentra y cómo se comporta en torno a esas RPM.

¿Por qué la potencia sigue aumentando aunque el par ya disminuye con las RPM en algún momento?

Imagina que tienes un peso de 50 kg que levantas tirando de una cuerda que pasa por una polea en el techo. La fuerza que tienes para esforzarte es solo la fuerza gravitatoria del peso cuando lo tiras con velocidad constante. Como 50 kg es bastante pesado, lo levantará muy lentamente. Si el peso es más ligero, necesita menos fuerza y ​​puede levantarlo más rápido. Digamos que levantas 25 kg en 1/3 del tiempo. Esto significa que, al mismo tiempo que levanta el peso pesado de 50 kg, también puede levantar un total de 3x25 kg = 75 kg. Dado que la potencia es un trabajo realizado por tiempo y puede levantar 75 kg en lugar de 50 kg al mismo tiempo, la potencia es un 50 % mayor, aunque solo aplica la mitad de la fuerza.

Es más o menos lo mismo para un motor: a altas RPM, puede tener menos par (fuerza) durante una revolución, pero dado que hace más revoluciones al mismo tiempo, puede entregar más potencia.

¿Qué sucede en la(s) caja(s) de cambios?

Como se dijo, la potencia es el trabajo realizado por tiempo. Como se conserva la potencia, la potencia en el eje del motor es igual a la potencia en las ruedas. A partir de la fórmula anterior, se puede calcular lo que sucede cuando la relación entre el motor y la rueda es diferente (sin tener en cuenta las pérdidas):

Wheel_torque = Motor_torque * Motor_RPM / Wheel_RPM

En mi siguiente diagrama, tracé el par de la rueda frente a las RPM del motor para las seis marchas de un BMW M3 (365 Nm@4900RPM; 252Kw@7900RPM):

Pero también es posible obtener potencia y par frente a la velocidad:

Sí, los 365 Nm del motor se transforman en casi 6000 Nm (4400 lb ft) en primera marcha. Esto muestra el impacto masivo de las relaciones de transmisión, así como las dimensiones de las ruedas. Por otro lado, la potencia es siempre la misma a unas RPM dadas.

Tenga en cuenta que cuando cambia a la segunda marcha a aproximadamente 4900 RPM (par máximo), reduce el par de la rueda en aproximadamente un 50%. (Y cuando cambias a la 3ra más tarde, vuelves a perder alrededor del 50%).

Esto significa que, en una carrera, cambiará lo más tarde posible, incluso si la potencia ya cae, porque el cambio significa una gran pérdida de potencia / par. (El área roja en mi gráfico solo marca el rango de RPM desde 4900 hasta el máximo en la primera marcha para aclarar esto). Sin embargo, en una competencia de aceleración en la que comienzas desde cero, un par alto a bajas revoluciones ayudará, porque es importante llegar a la velocidad más alta lo más rápido posible, y no importa mucho si todavía aceleras un poco en el último. metros

Por supuesto, en realidad hay resistencia y, por lo tanto, aumenta con la velocidad, y la única forma de superarla es incluso con más potencia. Por lo tanto, la potencia, por supuesto, define la velocidad máxima, pero este ejemplo muestra que la potencia ya juega un papel en el rango de 50 km/h / 30 mph, que no es realmente rápido.

Entonces, ¿comparar diferentes autos por potencia o torque?

Ha visto el impacto masivo de las relaciones de RPM debido a la transmisión, y la circunferencia de la rueda también juega un papel. Por lo tanto, es imposible comparar dos automóviles simplemente observando la curva de par motor. Esto solo funciona para un automóvil con varias opciones de motor, pero la misma transmisión. El poder es un poco (!) mejor. Tenga en cuenta que el BMW M3 ofrece una potencia máxima más o menos constante por encima de los 125 km/h en la 3.ª marcha, cuando cambia tarde.

Economía de combustible

El par también es una medida del trabajo que realiza el motor durante una sola revolución. Más precisamente:

Work_per_rev[J]= torque[Nm] * 2π

Si consideramos que el motor quema siempre la misma cantidad de combustible por revoluciones (no totalmente realista, pero está bien), es decir, se libera la misma energía química (trabajo), la relación de trabajo químico/mecánico es mejor cuando el par es máximo. . Por lo tanto, la máquina funciona de manera más eficiente cuando el torque es alto.

¡Pero tenga en cuenta que la mejor eficiencia de combustible no es igual al mejor kilometraje! En el caso del BMW M3: Conducir a 2000 RPM en lugar de 4000 RPM significa reducir el par de 340 Nm a 290 Nm, lo que supone una pérdida de solo el 15 %, pero el consumo de combustible se reduce en un 50 %.
Esta es la razón por la que se recomienda conducir a RPM muy bajas para obtener el mejor kilometraje, aunque la eficiencia del combustible no es la mejor allí. Sin embargo: un par alto a RPM más bajas seguramente significa un mejor kilometraje.

Conclusión

En general, la potencia y el par son dos medidas de lo mismo: la fuerza del motor. Si tiene una curva, puede calcular la otra.

La potencia determina la capacidad de carrera y la velocidad máxima del automóvil, pero también la capacidad de aceleración una vez que el motor ha alcanzado RPM más altas.

El par muestra mucho más claramente qué capacidad de aceleración tiene el motor a bajas RPM, pero el par en la rueda depende de las relaciones de transmisión y la dimensión de la rueda, por lo que no es tan fácil de comparar. A un conductor normal le gustaría tener un alto torque a bajas RPM.

Y tenga en cuenta que hice varias suposiciones y simplificaciones aquí.

sobre mis datos

Obtuve las curvas del motor del sitio de prensa de BMW . Y este sitio (desafortunadamente alemán) toma la dimensión del neumático, un conjunto de RPM y un modelo de BMW para las relaciones de transmisión (o relaciones personalizadas), y calcula la velocidad en las RPM de las marchas. En mi caso, la circunferencia de la rueda es ~2m y la velocidad es 7,5; 12,9; 19,3; 25,6; 30,1 y 35,1 km/h en las marchas 1-6. Esto permite calcular las RPM de la rueda para las RPM del motor dadas en una marcha dada.

La potencia es la cantidad de potencia que puede producir el motor (cuánto trabajo se realiza en un tiempo determinado), mientras que el par es la cantidad de fuerza de giro que puede generar (cuánto trabajo se realiza). Los dos están estrechamente vinculados, por lo que no se puede tener uno sin el otro.

Tendrás que pensar en algunas ecuaciones físicas:

Fuerza = Masa x Aceleración

Potencia = Trabajo Realizado (Torque) / Tiempo

Para calcular uno a partir del otro, puede usar alguna sustitución con algunas ecuaciones de movimiento rotatorio:

CV = (2 x pi x par x RPM)/33000 = (par*RPM)/5252

En general, un motor será más eficiente cuando esté funcionando con el par máximo (de ahí que los diésel industriales funcionen muy lentamente), y el par tiene más efecto sobre la rapidez con la que acelera el automóvil, especialmente a velocidades más bajas. HP es más útil a velocidades más altas, donde le da una indicación de cuánta capacidad tiene el automóvil para alcanzar y mantener una velocidad más alta.

Como ejemplo, compare el motor de un barco, que generará una gran cantidad de par (para mover algo muy pesado lentamente) a muy bajas RPM (solo unos pocos cientos), con el de una motocicleta de carreras, que generará mucho de potencia (para mover una cosa ligera muy rápidamente) a altas RPM (10-12 mil)

El par es trabajo, la potencia es tasa de trabajo

En el contexto de los motores:

• El par indica cuánta carga puede llevar un motor a cierta distancia en un cierto período de tiempo.

• La potencia indica qué tan rápido el motor puede mover esa carga a lo largo de esa distancia.

Algunas otras cosas que pueden ayudar a explicar la diferencia entre los dos:

• El par es lo que acelera un vehículo desde parado

  ▲ Torque = ▲ Acceleration
  

  La palabra parada es muy importante aquí, porque es el único momento en que las fuerzas de arrastre aerodinámicas no limitarán la aceleración en línea recta de un vehículo. Esta es también la razón por la que el par tiene un efecto dominante a velocidades más bajas: las fuerzas de arrastre son relativamente pequeñas.

• El par funciona; tira cargas

  Supongamos que tiene dos vehículos idénticos en una competencia de tira y afloja con dos motores diferentes que desarrollan la misma potencia máxima, pero a diferentes velocidades del motor. El vehículo con la velocidad del motor más baja tendrá más torque en las ruedas que el otro. Este también será el motor que gane la competencia de tira y afloja.

• La potencia máxima regirá la velocidad máxima

  Power = Resistive Forces x Vehicle Speed
  

  Los caballos de fuerza son solo una unidad de medida de potencia o tasa de trabajo, por lo que:

  ▲ Horsepower = ▲ Top Speed
  

El par es la cantidad de fuerza ejercida por su motor a una RPM particular. En dos autos con el mismo cambio y en la misma marcha, un auto que genere el doble de torque acelerará exactamente el doble de rápido.

Los caballos de fuerza se calculan a partir del torque y las RPM. Una determinada cantidad de torque a bajas RPM equivale a menos caballos de fuerza que la misma cantidad de torque a RPM más altas.

Los caballos de fuerza son importantes porque la cantidad de fuerza que llega a las ruedas traseras para acelerar el vehículo es una combinación de torsión y engranajes . En términos generales, cuanto más revoluciones un automóvil, más apretado se puede engranar. Cuanto más engranes un automóvil, más rápido acelera para una determinada cantidad de torque. Dado que los caballos de fuerza representan una combinación de torque y RPM, en realidad es una buena indicación de cómo acelerarán la mayoría de los automóviles con relaciones de transmisión bien elegidas.

Para tomar un ejemplo extremo, digamos que tenemos un motor de revoluciones extremadamente altas (como un motor de fórmula 1). Genera 250 libras-pie de torque, pero mantiene ese torque hasta una potencia máxima de 20k RPM, generando casi 800 hp. Por otro lado, tenemos un motor con mucha cilindrada pero con una línea roja relativamente baja. Digamos que este automóvil con torque hipotético genera un torque máximo de 600 ft lbs y acelera a 6k rpm, lo que genera un poco más de 600 hp. Tenga en cuenta que el automóvil con más hp genera significativamente menos torque. En la primera marcha, digamos que el automóvil de altas revoluciones tiene una marcha tres veces más ajustada que el automóvil con torque: el automóvil con altas revoluciones estará a 60 mph y 18000 rpm, mientras que el automóvil con torque estará a 6000 rpm a 60 mph. Esto hace que el automóvil de altas revoluciones aplique más par de rueda en esta marcha, por lo que acelerará más rápido. Y dado que todavía le quedan otras 2000 rpm de velocidad del motor cuando el auto con torque se queda sin rpm, continuará acelerando más allá de las 60 mph en primera velocidad mientras el otro auto está cambiando. Y el mismo drama se repetirá también en las marchas más altas: el automóvil de mayor HP generalmente acelerará más rápido porque puede permitirse permanecer en marchas más bajas, lo que puede permitirse una marcha más ajustada.

Engranaje: por eso los caballos de fuerza son importantes. Un engranaje ajustado significa que un automóvil tiene que acelerar más para alcanzar una velocidad de carretera determinada. Las marchas largas significan que el automóvil no tiene que acelerar tanto para ir a cierta velocidad. La compensación es la aceleración. Por lo tanto, la primera marcha en la mayoría de los autos es muy estrecha y termina antes de las 30 mph en muchos autos pequeños. Por otro lado, el engranaje de sobremarcha está destinado a ofrecer una aceleración muy pobre, pero permite que el automóvil mantenga RPM casi inactivas a velocidades de autopista, ahorrando gasolina. Además, los autos idénticos pueden tener diferentes relaciones de transmisión final, lo que afectará su aceleración general y su velocidad máxima. Entonces, un automóvil con una relación trasera de 3.00 acelerará más lentamente a una velocidad máxima más alta que el mismo automóvil con una relación trasera de 4.10.

En los términos más simples posibles:

Torsión = libras/pies. Una medida concreta y real de la fuerza de torsión que produce el motor.

Caballos de fuerza = Una unidad de trabajo arbitraria e inventada . Una unidad de caballo de fuerza se basa en el supuesto de que un caballo puede tirar con una fuerza de poco más de 180 libras.

El error que comete la mayoría de la gente cuando participa en este debate es considerar la potencia y el par de forma independiente. Casi todo el mundo argumenta como si fueran valores separados y no relacionados. no lo son

Caballos de fuerza = (Torque x RPM) / 5252

Esta ecuación es la segunda cosa más importante en esta página, y es la razón por la que cualquier persona que le diga que la potencia y el par deben considerarse por igual y por separado está significativamente fuera de lugar. El hecho es que la potencia es el producto del torque y otro valor: RPM (dividido por 5252). No está relacionado, separado o es diferente.

De hecho, no existe una sola máquina que mida la potencia de un automóvil. Es un número hecho por el hombre. Cuando se prueba el rendimiento de un automóvil, su par se mide con un dinamómetro. La medida del rendimiento de un motor es el par motor. Los caballos de fuerza son un número adicional que se obtiene al multiplicar el par por las RPM.

La relación entre la potencia, el par y la aceleración

Analogía típica: Energía potencial:Torque::Energía cinética:Caballos de fuerza

El momento de torsión puede existir sin movimiento. Es una capacidad para realizar un trabajo.
Los caballos de fuerza solo pueden existir en movimiento. Es la tasa de hacer el trabajo.

Potencia del motor = Torque * Velocidad;

Para hacer referencia a un motor que funciona a carga constante, la referencia de potencia se utiliza para extraer la potencia máxima.
. Para referirse a un motor que funciona con cargas variables (cambio de marchas, por ejemplo), Torque es más apropiado.

Curvas:
Curva de par: par producido por el motor frente a las rpm del motor, con varias cargas en el motor.
Curva de potencia: potencia producida por el motor frente a las rpm del motor, con varias cargas en el motor. Esto se obtendrá multiplicando la curva de par por la velocidad. Así que esta será una versión desplazada + alargada en la curva de par. Consulte el ejemplo de la curva de par de potencia.
La curva de economía de combustible se superpondrá a las curvas anteriores para una mejor comprensión.

Se está confundiendo entre la curva de potencia/curva de par y la curva de economía de combustible.

Dada una curva de potencia, podemos obtener la curva de par y viceversa.
La curva de economía de combustible debe proporcionarse explícitamente como un gráfico superpuesto.

Ahora debe ser obvio cuándo usar qué.
Para obtener el mejor kilometraje, siga la curva de kilometraje.
Para obtener la potencia máxima, consulte la curva de potencia.

La curva de par se utilizará generalmente como referencia para los sistemas de control de la transmisión, para saber cuál es la siguiente mejor marcha para cambiar.

¿Todavía no está claro? Compruebe un ejemplo del mundo real

Nota: Las curvas se especifican solo en determinadas condiciones de carga. Por lo tanto, el comportamiento real del motor depende de la carga actual del motor, así como de las diversas limitaciones impuestas debido a las normas legislativas/de emisión/protección contra daños.