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  POTENCIA Y COMO MEDIRLA

 

Medir la potencia no es algo tan complicado como puede parecer, por lo menos en teoría, para entender como se mide el par y la potencia en un banco de inercia se tratará primero algunos conceptos, puede parecer que no tiene nada que ver , pero poco a poco se entenderá que todo está relacionado.

Empecemos con el señor Isaac Newton, quien nos enseñó que un objeto tiene una resistencia a moverse ante cualquier fuerza que se le aplique.

Fuerza = Masa * Aceleración

Para una fuerza dada, la aceleración será mayor cuanto menos masa, un ejemplo, si se usa el mismo motor en una moto y en un coche, la potencia es la misma, pero con la moto acelerará mas rápido por que tiene menos masa.

Seguimos con Newton, siempre que un objeto se mueve, se realiza un trabajo, el trabajo lo realiza la fuerza que se aplica sobre un objeto por la distancia que se mueve:

Trabajo = Fuerza * Distancia

La unidades de medida son el Newton para la fuerza y metros para la distancia, el resultado son N*m que se denomina joule (j), 1 j = 1 N*m.

A lo rápido que se realiza el trabajo se le denomina potencia, de hecho un caballo de vapor se define como elevar 75 kg a 1 metro de altura en 1 segundo, la ecuación para la potencia es:

Potencia = (Fuerza * Distancia) / Tiempo 

O lo que es lo mismo:

Potencia = Trabajo / Tiempo

El trabajo en joule y el tiempo en segundos da como resultado j/s, llamado Watio (W), 1W = 1 j/s. En las documentaciones de los coches o en los motores eléctricos se suele poner la potencia en KW, 1 KW = 1000 W.

Con lo visto hasta aquí, sabiendo la masa del cuerpo y midiendo su aceleración, se puede calcular la fuerza que se hace para moverlo, si además se ha medido la distancia que se ha movido, se puede calcular el trabajo realizado y por ultimo, si se ha medido el tiempo que ha costado recorrer esa distancia, se puede calcular la potencia.

Sigamos, si en la ecuación,  Potencia = (Fuerza * Distancia) / Tiempo, sustituimos la distancia por su ecuación.

Potencia = Fuerza * (Velocidad * Tiempo) / Tiempo

Que nos lleva a:

Potencia = Fuerza * Velocidad

De esta ultima ecuación se deduce que una máquina puede producir diferentes fuerzas a diferentes velocidades con la misma potencia, aquí es donde entra en juego las desmultiplicaciones, por ejemplo supongamos un motor eléctrico que levanta un ascensor, con un juego de poleas sube a una velocidad de 1 m/s, levantando una masa de 300 kg, si se quiere levantar 600 kg con ese mismo motor se tendría que poner unas poleas para que el ascensor subirá a una velocidad de 0,5 m*s, su potencia sería la misma, se está usando el mismo motor, que no se ha variado en nada y levanta el doble de peso.

Hasta ahora se han visto fuerzas que hacen que un objeto se mueva linealmente, pero lo que interesa son las fuerzas que hacen que un objeto gire, las leyes son muy parecidas, sólo cambian algunos conceptos, mientras que para mover un objeto en línea recta se aplica una fuerza, para hacerlo girar se aplica un par. La diferencia es fácil de entender, si queremos mover un cilindro, costará mucho más levantarlo que hacerlo rodar, para levantar el rodillo hay que actuar sobre la masa total, pero girando el rodillo su masa esta en el suelo y lo que se opone al giro es el momento de inercia, que depende de la masa del cilindro y como este distribuida por el cilindro:

Momento de inercia = ½  Masa * radio2

Dos cilindros con la misma masa, pero de diferente diámetro, no tendrán el mismo momento de inercia, el de mayor diámetro costará más hacerlo girar, esto sirve para todos los cuerpos en rotación, volante motor, cigüeñal, embrague,... etc, a más diámetro más resistencia a girar y por lo tanto más energía se utiliza en ello, de hay que se intente aligerar todas estas piezas. 

En los movimientos rotacionales el par equivale a la fuerza del movimiento lineal, el momento de inercia a la masa, la distancia angular a la distancia lineal y la aceleración angular a la aceleración lineal.

Las ecuaciones del movimiento lineal son:                                 Las ecuaciones del movimiento rotacional son:

Fuerza  = Masa * Aceleración                                                     Par  = Momento de inercia * Aceleración angular

Trabajo = Fuerza * Distancia                                                      Trabajo = Par * Distancia angular

Potencia = Fuerza * velocidad                                                    Potencia = Par * velocidad angular

Ahora se debería comprender porque la revoluciones a las que se de el par es un factor importante para la potencia.

Ahora si que podemos ir a lo que interesa, colocando un rodillo sobre rodamientos y haciéndolo girar por las ruedas de un vehículo, se puede medir la potencia que entrega, es necesario calcular el momento de inercia del rodillo, dependiendo de su masa y como esté distribuida por el, medir su aceleración y velocidad, con esos datos se puede calcular el par y la potencia como hemos visto en las ecuaciones anteriores, a esta forma de medir la potencia es conocida como banco de potencia de inercia, hay otras maneras pero esta la más sencilla y la que más se suele utilizar.

En el banco hay que tener en cuenta la desmultiplicación de la caja de cambios, igual que en el caso del ascensor, en los vehículos la caja de cambios aumenta la potencia disponible para salir de parado o subir cuestas. Si sobre el banco se pone un vehículo con una desmultiplicación en la caja de cambios de 3 a 1 (1ª velocidad) este aceleraría el rodillo 3 veces más rápido que en directa (4ª velocidad) y el resultado es el triple de potencia, la 4ª velocidad es la más cercana a 1/1 de desmultiplicación y la que más se aproximara a la potencia real sin ninguna corrección, todo esto sin tener en cuenta la desmultiplicación del grupo diferencial en el caso de los coches, piñón y corona en las motos, o cualquier otra desmultiplicación secundaria, no poner la relación de desmultiplicación exacta daría un error en las medidas.

Pero no todo es la potencia del motor, se puede pensar en la potencia de otra forma, tomando el vehículo, el motor y el conductor como un conjunto y según la ecuación de Potencia = Fuerza * Velocidad, ya que la Fuerza = Masa * Aceleración, se puede decir que Potencia = (Fuerza * Aceleración) * Velocidad, despejando la aceleración se tiene que Aceleración = Potencia / Masa * velocidad.

El motor tendrá una potencia, cuanta más masa y más velocidad, menos aceleración; lo que lleva al hecho de aligerar el vehículo y poner a dieta al conductor para conseguir mas aceleración, pero además las marchas más cortas también aumentarán la aceleración, se debe buscar una relación de marchas que dé la velocidad punta en la recta más larga con la ultima marcha al corte de revoluciones, por supuesto dependerá del tipo de competición o uso que se le dé al vehículo, un coche de montaña debe tener unas marchas cortas y un grupo con mucha desmultiplicación, mientras que una moto para un circuito largo llevara unos desarrollos muy largos.

   
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