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

Una pregunta muy básica: ¿cuál es la diferencia entre torque y potencia? Está en todo Google, pero estoy realmente confundido y no puedo obtener ninguna respuesta satisfactoria. Te diré mi confusión:

El par es una indicación de aceleración, ¿verdad? Por lo tanto, para encontrar la recogida de un automóvil a partir de la curva de torque de 0-60 mph debe usarse. Entonces, ¿por qué se utiliza una curva de potencia para eso? ¿Qué denota la potencia?

Si digo cambiar de marcha (digamos de 1-2) para obtener el mejor kilometraje, cambie a 10 km / h, mientras que para extraer la potencia máxima, cambie a 22 km / h. ¿Cuál debe usar un usuario y por qué?

¿Estoy realmente confundido sobre dónde usar una curva de torque y dónde una curva de potencia? ¿Cuál es su significado? ¿Cuál es su contribución a un automóvil para un usuario?

Relación de par de potencia <->

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 de la otra en diagramas de par / potencia (eso también es 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 # 2 seguido del # 1. Esos darían la mejor aceleración a RPM moderadas.

En una carrera donde el motor funciona a muy altas RPM, será mejor que elijas el # 5.

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

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

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

Imagine que tiene un peso de 50 kg que levanta tirando de una cuerda que pasa sobre una polea en el techo. La fuerza que tiene que esforzarse es solo la fuerza gravitacional del peso cuando lo jala con velocidad constante. Como 50 kg es bastante pesado, lo levantarás muy lentamente. Si el peso es más liviano, necesita menos fuerza y ​​puede levantarlo más rápido. Digamos que levanta 25 kg en 1/3 del tiempo. Esto significa que, al mismo tiempo que levanta el pesado peso 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% más alta, aunque solo aplica la mitad de la fuerza.

Es casi lo mismo para un motor: a altas RPM, puede tener menos torque (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, el poder es un 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 qué sucede cuando la relación del motor y la relación de la rueda es diferente (sin tener en cuenta las pérdidas):

Wheel_torque = Motor_torque * Motor_RPM / Wheel_RPM

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

Pero también es posible extraer potencia y par vs. velocidad:

Sí, los 365 Nm del motor se transforman a 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 en un RPM dado.

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

Esto significa que, en una carrera, cambiarás 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 de 4900 a máximo en la primera marcha para aclarar esto). Sin embargo, en un concurso de aceleración en el que comienzas desde cero, un par elevado a bajas RPM ayudará, porque es importante alcanzar la alta velocidad lo más rápido posible, y no importa mucho si aún aceleras un poco en el último metros

Por supuesto, en realidad hay resistencia, por lo que aumenta con la velocidad, y la única forma de superarla es aún 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?

Usted ha visto el impacto masivo de las relaciones de RPM debido a la transmisión, y la circunferencia de la rueda también juega un papel importante. Por lo tanto, es imposible comparar dos autos simplemente mirando su 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 125 km / h en tercera 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 rev (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 . Entonces, 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 millaje! En el caso del BMW M3: conducir a 2000 RPM en lugar de 4000 RPM significa reducir el torque de 340 Nm a 290 Nm, lo que representa una pérdida de solo el 15%, pero el consumo de combustible se reduce en un 50%.
Es por eso que se recomienda conducir a muy bajas RPM para obtener el mejor kilometraje, aunque la eficiencia del combustible no es la mejor allí. Sin embargo: un par elevado a RPM más bajas con seguridad significa un mejor kilometraje.

Conclusión

En general, la potencia y el par son dos medidas de la misma cosa: 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 un RPM más alto

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 par 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 de los neumáticos, un conjunto de RPM y un modelo BMW para relaciones de transmisión (o relaciones personalizadas), y calcula la velocidad a las RPM en las velocidades. En mi caso, la circunferencia de la rueda es de ~ 2m y la velocidad es de 7.5; 12,9; 19,3; 25,6; 30.1 y 35.1 km / h en engranajes 1-6. Esto permite calcular las RPM de la rueda para las RPM del motor en una marcha determinada.

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

Tendrá que pensar en algunas ecuaciones físicas:

Fuerza = Masa x Aceleración

Potencia = trabajo realizado (par) / tiempo

Para calcular una de la otra, puede usar alguna sustitución con algunas ecuaciones de movimiento rotativo:

HP = (2 x pi x Torque x RPM) / 33000 = (Torque * RPM) / 5252

En general, un motor será más eficiente cuando esté funcionando al par máximo (de ahí que los motores diésel industriales funcionen muy lentamente), y el par tiene más efecto sobre la rapidez con la que el automóvil acelera, particularmente 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 en un barco, que generará enormes cantidades de torque (para mover una cosa muy pesada lentamente) a muy bajas RPM (solo unos pocos cientos), con eso en una motocicleta de carreras, lo 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 la tasa de trabajo

En el contexto de los motores:

• Torque indica cómo mucho la carga de un motor puede llevar a una cierta distancia de una determinada cantidad de tiempo.

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

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

• El par es lo que acelera un vehículo desde la parada

  ▲ 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 cual el torque tiene un efecto dominante a velocidades más bajas: las fuerzas de arrastre son relativamente pequeñas.

• El par funciona; tira de cargas

  Digamos 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 más baja del motor 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 gobernará 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 automóviles con la misma marcha y en la misma marcha, un automóvil que produzca el doble de par acelerará exactamente el doble de rápido.

La potencia se calcula a partir del par y las RPM. Una cantidad dada de torque a bajas RPM equivale a menos caballos de fuerza que la misma cantidad de torque a mayores RPM.

La potencia es importante porque la cantidad de fuerza que alcanza las ruedas traseras para acelerar el vehículo es una combinación de par y engranaje . En términos generales, cuanto más altas son las revoluciones de un automóvil, más ajustadamente puede ser orientado. Cuanto más ajustado sea el engranaje de un automóvil, más rápido se acelerará para una cantidad dada de torque. Dado que la potencia representa una combinación de torque y RPM, en realidad es una muy 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 alto (como un motor de fórmula 1). Produce 250 pies-lb de torque, pero mantiene ese torque hasta una potencia máxima de 20k RPM, lo que genera casi 800 hp. Por otro lado, tenemos un motor con mucho desplazamiento pero una línea roja relativamente baja. Digamos que este hipotético auto con torque tiene un torque máximo de 600 pies-lb y acelera a 6k rpm, generando poco más de 600 hp. Tenga en cuenta que el automóvil con más hp está produciendo significativamente menos torque. En primera marcha, digamos que el automóvil de alta velocidad está engranado tres veces más apretado que el automóvil con torque: el automóvil con alta velocidad estará a 60 mph y 18000 rpm, mientras que el automóvil con torque estará a 6000 rpms a 60 mph. Esto hace que el automóvil de alta velocidad realmente reduzca el torque de la 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 automóvil con torque se queda sin rpm, continuará acelerando más de 60 mph en la primera marcha mientras el otro automóvil está cambiando. Y el mismo drama se repetirá también en los engranajes más altos: el automóvil HP más alto generalmente acelerará más rápido porque puede permitirse permanecer en engranajes más bajos, lo que puede permitirse estar más ajustado.

Engranaje: por eso es importante la potencia. El engranaje ajustado significa que un automóvil tiene que acelerar más para alcanzar una velocidad de carretera determinada. El engranaje largo significa que el automóvil no tiene que acelerar tanto para alcanzar cierta velocidad. La compensación es la aceleración. Entonces, la primera marcha en la mayoría de los autos es muy apretada, terminando antes de 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 carretera, ahorrando gasolina. Además, de lo contrario, los automóviles idénticos pueden tener diferentes relaciones de transmisión final, lo que afectará su aceleración general y su velocidad máxima. Por lo tanto, 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:

Par = Lbs / Ft. Una medida concreta y real de la fuerza de torsión producida por el motor.

Caballos de fuerza = Una unidad de trabajo arbitraria, compuesta . Una unidad de potencia 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 las personas al participar en este debate es considerar la potencia y el par de forma independiente. Casi todos argumentan como si fueran valores separados y no relacionados. No lo son

Caballos de fuerza = (Par x RPM) / 5252

Esta ecuación es la segunda cosa más importante en esta página, y es la razón por la que cualquiera que le diga que los caballos de fuerza y ​​el par deben considerarse por igual y por separado está significativamente fuera de la base. El hecho es que la potencia es el producto del torque y otro valor: las RPM (divididas por 5252). No está relacionado, separado o 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. La potencia es un número adicional que se logra multiplicando el par por las RPM.

La relación entre caballos de fuerza, par y aceleración

Analogía típica: energía potencial: par :: energía cinética: potencia del caballo

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

Potencia del motor = Par * Velocidad;

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

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

Te estás 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 torque 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 torque generalmente se usará como referencia para los sistemas de control de transmisión, para saber cuál es la mejor marcha para cambiar.

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

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