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Siempre me he preguntado si en un motor importa más el par o la potencia. Yo pensaba que era el par (que después de todo es la capacidad de producir aceleración), pero entonces ¿por qué se suele hablar de la potencia como lo importante de un motor, más que del par? Después de preguntar en otro hilo (gracias de nuevo por las respuestas) y pensarlo un poco, creo que ya lo entiendo. Importa más la potencia, no el par. Y ahora que tengo claro por qué es así lo cuento, por si a alguno más le ayuda. Me ha quedado un texto largo, a pesar de mis intentos por resumir. Así que lo he divido en varios apartados, que muchos os podréis saltar en función de los conocimientos que ya tengáis. Lo importante (si es que hay algo mínimamente importante en este tocho) está en los apartados 5 y 6. 1. Conceptos básicos de física En un movimiento circular, digamos una rueda o engranaje que gira, el par es la fuerza por el radio sobre el que se aplica. Una misma fuerza aplicada en el borde de una rueda de mayor radio produce más par. Estoy suponiendo que la fuerza se aplica en dirección tangencial a la rueda, que es lo que harías intuitivamente para hacer girar la rueda. (Empujar la rueda desde fuera hacia el centro puede ser útil si quieres sacarla de su eje, pero no si quieres que gire). El par en el movimiento circular es el equivalente a la fuerza en el movimiento lineal. La velocidad angular (vueltas por minuto) es equivalente a la velocidad lineal. Y la aceleración angular, que mide cómo de rápido varía la velocidad angular, es equivalente a la aceleración. La conocida ley de Newton, fuerza = masa * aceleración, dice que la fuerza total que se aplica sobre un objeto tiene como resultado modificar la velocidad de éste (acelerarlo). Pero unos objetos se dejan acelerar mejor que otros. Eso es lo que mide la masa: cuanta más masa tenga el objeto (cuanto más "pese") más cuesta acelerarlo (hace falta más fuerza). Esta ley física tiene un equivalente en el movimiento circular: par de fuerza = momento de inercia * aceleración angular. El momento de inercia es lo análogo a la masa en el movimiento circular. Si aplicas un par de fuerza a una rueda o engranaje, se acelerará más o menos en función del momento de inercia que tenga. El momento de inercia depende de la masa (cuanta más masa más cuesta poner la rueda en movimiento), pero también de la distribución radial de la masa. Con la misma masa, una rueda de mayor radio tendrá en general más momento de inercia. Incluso con la misma masa y el mismo radio, si esa masa está más concentrada en el borde de la rueda (en vez de en el centro), también costará más hacer girar la rueda, porque tendrá más momento de inercia. La potencia en un movimiento circular se define como el producto del par por la velocidad angular. Al ser potencia, tiene una interpretación física en términos de trabajo y energía, pero no hace falta recordarla aquí (además, me resulta más intuitivo el concepto de "fuerza o par que aplicas" que el de "potencia que desarrollas"). 2. Cuándo tenemos la sensación de que un coche "corre" La sensación de que el coche "corre" o "tira", de que el motor tiene "brío", está relacionada directamente con la aceleración que el motor es capaz de imprimir al coche. Si pisando un poco el acelerador el coche sale disparado, será un motor más "vivo". Por el contrario, si en las mismas condiciones al pisar el acelerador ves que el coche aumenta de velocidad más despacio, tendrás la sensación de que el motor "no responde". El momento de inercia que ve el motor (lo que le cuesta poner en movimiento el cigüeñal, ejes, ruedas y coche) depende de la masa del coche, tamaño de las ruedas etc, y podemos suponerlo fijo. La aceleración que produce el motor sobre el eje del cigüeñal, según hemos visto en el apartado 1, será el par entre el momento de inercia. Para un momento de inercia dado, cuanto más par tenga el motor, mayor capacidad de aceleración. Por tanto el par es lo que hace que el coche se note más "vivo", es decir, acelere con más facilidad. Otro criterio, en vez de la aceleración, es considerar la velocidad máxima que pueda alcanzar el coche. Suponiendo que no esté limitada por otros criterios (corte de inyección), la velocidad máxima también está determinada por el par. La resistencia del aire aumenta con la velocidad, y el coche no podrá subir más la velocidad cuando esa resistencia (tendencia del coche a frenarse por el aire) se iguale al par (capacidad de acelerar el coche). 3. ¿Qué significan el par y la potencia del motor en un coche? De acuerdo con el apartado 2, tanto desde el punto de vista de aceleración como de velocidad máxima, lo que importa en principio es el par: cuanto mayor par tenga el motor, mayor aceleración y mayor velocidad máxima. Sin embargo, cuando se quiere caracterizar un motor de forma rápida se suele hablar de la potencia, más que del par (entrad por ejemplo en el configurador del A3 y mirad lo que dice del motor: gasolina/diésel, las marchas y la potencia). ¿Por qué? Si el par es la capacidad de acelerar, ¿dónde entra aquí la potencia? 4. Curva de par y curva de potencia En realidad el par que es capaz de producir un motor (cuando pisamos a fondo) no es fijo, sino que varía en función de las rpm a las que esté girando. En motores modernos con turbo el par tiene la siguiente variación aproximada con las rpm: primero sube, luego se mantiene constante y después baja. Es decir, a rpm bajas o altas es difícil para el motor generar mucho par. Hay una zona amplia en la que el par es el máximo. Representando el par en función de las rpm se obtiene una curva, como por ejemplo la de la gráfica siguiente. Multiplicando el par por las rpm se obtiene la curva de potencia, también mostrada en la gráfica. Como se ve, el par máximo se obtiene entre 1500 y 4000 rpm. La potencia máxima se obtiene más a la derecha. El motivo es que, aunque a partir de 4000 rpm el par baja, si baja más despacio de lo que suben las rpm la potencia seguirá subiendo (ya que es el resultado de multiplicar par y rpm). Como sabemos, cuando se dan la cifras de "par" o "potencia" de un motor, se refieren a los valores máximos de sus respectivas curvas. En realidad para caracterizar el motor habría que conocer la curva completa de par o de potencia, no sólo el valor máximo. 5. Marchas, conversión de par y desmultiplicación Hay algo que no hemos considerado hasta ahora: el cambio de marchas. Esto es fundamental para entender por qué no sólo importa el par del motor sino también (y sobre todo) la potencia. El motor sólo funciona hasta un cierto valor de rpm. Por encima no puede (o no debería) funcionar. Para el motor del ejemplo anterior, supongamos que ese límite es 6500 rpm. Por eso se utilizan varias marchas. Si vas en primera a 6500 rpm no podrás pasar de unos 50 km/h (y además el coche irá sonando como si fuera a explotar). Para poder ir a más velocidad, como todos sabemos, subes de marcha. La marcha que lleves puesta determina cuántas vueltas dan las ruedas del coche por cada vuelta del motor. Eso se consigue por medio de engranajes (ruedas dentadas). Al eje del motor va acoplado un engranaje de un cierto tamaño, digamos engranaje A. Ese engranaje se pone en contacto con otro, digamos engranaje B, cuyo tamaño es distinto para cada marcha. Al engranaje B van conectadas las ruedas motrices (en realidad van conectadas indirectamente, pero eso no importa). La siguiente gráfica (adaptada del blog enlazado por Truzzz en el hilo al que me refería) ilustra la situación. El engranaje A (conectado al motor) es el de la izquierda, y el B (conectado a las ruedas motrices) el de la derecha. Si el radio del engranaje B es el doble del radio del engranaje A, como en la figura, ocurrirán dos cosas: Por cada vuelta del engranaje A (motor), el engranaje B (ruedas del coche) da media vuelta. Esto es así porque cada diente de un engranaje encaja con un diente del otro, pero el B tiene el doble de dientes. El par que se ejerce sobre el engranaje B es el doble que el par que ejerce el motor sobre el A. Como los engranajes están en contacto, diente con diente, la fuerza en los dos es la misma, pero el radio en B es el doble que en A, y el par es fuerza multiplicada por radio. Por tanto, con esa marcha se divide entre 2 la velocidad de giro y se multiplica por 2 el par. Ese "2" es la relación de desmultiplicación, M, y depende de la marcha que esté puesta. Para otra marcha más "larga" el engranaje B sería más pequeño, y el valor de M sería menor. Según esto la velocidad de giro de las ruedas, S, será la velocidad de giro del motor, R (medida en rpm), dividida entre M. El par en las ruedas será el par motor, T, multiplicado por M. 6. La respuesta: ¿potencia o par? El par que hace que el coche acelere no es el par motor T, sino el par que llega a las ruedas, T*M. Marchas más largas (menor M) producen menos par en las ruedas (el coche acelera menos), pero permiten que, para unas rpm dadas ®, las ruedas del coche giren más deprisa (el coche va a más velocidad), ya que S = R/M. Como el par en las ruedas es T*M y por otro la velocidad de las ruedas S es R/M, despejando M = R/S podemos decir que el par en las ruedas es T*R/S. Ahora, como T*R es la potencia (apartado 1), el par en las ruedas será P/S. Con esto ya empezamos a ver que lo que hace acelerar al coche es la potencia, más el par motor. Para una S dada (velocidad de giro de las ruedas), el par que llega a las ruedas (que es el que produce aceleración) sólo depende de esa S y de la potencia P. Por tanto se conseguirá más aceleración cuanto mayor sea la potencia (no el par) del motor. Para acelerar lo máximo posible hay que llevar el motor a la potencia máxima (no en la zona de par máximo). Pero para conseguir esa aceleración máxima hay que jugar con el cambio de marchas. Para entenderlo, comparemos tres motores: El motor 1 tiene una potencia máxima P, que consideramos como referencia. El motor 2 tiene el doble de potencia que el 1, y esa potencia doble la consigue porque el par es exactamente el doble que el del motor 1 (como potencia es par por rpm, el doble de par a las mismas rpm implica el doble de potencia). El motor 3 también tiene el doble de potencia que el 1, pero tiene el mismo par. Esa potencia doble la consigue porque la zona de par máximo llega al doble de rpm que en el motor 1 (como potencia es par por rpm, doble rpm con el mismo par implica el doble de potencia). En estas condiciones, el motor 2 conseguirá el doble de aceleración que el 1. Esto es fácil de entender: tiene el doble de par motor, por tanto para cualquier marcha producirá el doble de par en las ruedas, y por tanto tendremos el doble de aceleración. El motor 3 también conseguirá el doble de aceleración que el 1, pero mediante un mecanismo diferente: el motor 3 aguanta hasta rpm más altas que el 1. Por tanto, para cualquier velocidad puedes llevar el motor 3 al doble de rpm que el 1, usando para ello marchas más cortas. Esas marchas más cortas hacen que el par que llega a las ruedas sea el doble, aun cuando el par motor es el mismo que en el motor 1. Por tanto el motor 3 también consigue que el coche acelere el doble que el 1, pero para eso tenemos que llevar marchas más cortas, es decir, tenemos que llevar el coche más revolucionado. Resumiendo, desde el punto de vista de aceleración o velocidad máxima cualquiera de las dos opciones es igual de útil: Tener un par motor más alto (curva de par más alta). En cualquier marcha, el mayor par motor se traduce en mayor par en las ruedas. El coche acelera más que otro que no tenga tanto par motor. Tener un par motor que se mantenga hasta rpm más altas (curva de par más ancha). En este caso la ventaja no es que haya más par motor, sino que puede "aguantarse" cada marcha hasta rpm más altas. Con eso se consigue mayor par en las ruedas (aunque el par motor sea el mismo) y por tanto mayor aceleración, igual que en el caso anterior. Pero ahora para aprovechar el motor es necesario llevar marchas más cortas (rpm más altas).

Como todos sabemos, al cambiar de marcha varían las rpm a las que va el motor para una velocidad del coche fiha. A mayor marcha menores rpm (y menor par en las ruedas, pero ésa es otra historia). Para cambiar de marcha, mientras mantienes el pedal de embrague pisado, si sueltas el acelerador las rpm del motor caen. Cuando engranas la nueva marcha y sueltas el embrague, las rpm se ajustan a la nueva marcha que has puesto. Ese ajuste se hace, según yo entiendo, por medio de la fricción del disco de embrague. Es decir, supone un pequeño desgaste para el embrague. Según eso, para desgastar menos el embrague lo ideal sería que, una vez puesta la marcha nueva y antes de soltar el pedal de embrague, las rpm del motor fueran lo más parecidas posible al valor que finalmente van a tener en la nueva marcha. Así el embrague tiene menos trabajo (menos fricción). Si estás subiendo de marcha, las rpm en la nueva marcha serán menores que en la marcha antigua. En este caso es fácil conseguir que al engranar la marcha nueva y soltar el pedal de embraque el motor vaya más o menos a las rpm adecuadas. Para ello aprovechas el hecho de que mientras pisas embrague y sueltas acelerador las rpm bajan. Si eres hábil, puedes soltar el pedal de embrague ya con la marcha nueva puesta justo a las rpm adecuadas. Pero si estás bajando de marcha, cuando vas a soltar el pedal de embrague con la nueva marcha metida, las rpm van a ser más bajas que antes del cambio, y tendrán que subir a un valor más alto que antes del cambio (ya que estás poniendo una marcha más corta). Por tanto el desgaste para el embrague es mayor en este caso. Ese desgaste podría reducirse si mientras haces el cambio aceleras un poco, de modo que cuando sueltas embrague el motor vaya más o menos a las rpm que va a requiere la nueva marcha. Una cosa que he leído por ahí es que "dado que los cambios de marchas modernos tienen sincronizadores, no es necesario acelerar durante el cambio". Pero creo que eso no es correcto: una cosa es el sincronizador y otra el embague. El sincronizador lo que hace es, mientras el embrague está pisado (eje primario temporalmente desconectado del motor), igualar la velocidad de giro del eje primario con la del eje secundario (que va siempre conectado a las ruedas). Con ello se facilita que los dos engranajes encajen bien, y se evita el desgaste de éstos, pero no se evita el desgaste del embrague. Cuando sueltes embrague el eje primario se conectará al motor y sus velocidades deberán igualarse. Y eso se conseguirá, de nuevo, mediante fricción de los discos de embrague. Mis preguntas: ¿Es correcto mi razonamiento? ¿Creéis que vale la pena tomarse la molestia de acelerar para igualar las rpm? ¿O el ahorro el embrague es insignificante? ¿O quizá es incluso perjudicial hacerlo? ¿Cómo lo hacéis vosotros: acelerando o sin acelerar?