7/3/11

Velocidad y consumo de combustible (II)

Bueno, en la entrada anterior, "Velocidad y consumo de combustible (I)"  nos habían quedado claro algunos de los conceptos más importantes.

Recordemos:
- A mayor marcha, menor consumo.
- A más pisado el pedal del acelerador, mayor consumo.

Sin embargo dejabamos la siguiente pregunta en el aire¿cómo es posible que a mayor velocidad, y por tanto mayor numero de revoluciones, pueda un coche consumir menos?

No va a ser nada sencillo responder a esta respuesta. En esta entrada veremos algunos conceptos importantes sobre las fuerzas que actúan en el movimiento de un vehículo. Entender bien estos conceptos será imprescindible para poder responderla, cosa que no haremos hasta la última entrada de la serie. Pero si me seguís hasta el final, sabréis más de como ahorrar combustible y las fuerzas que actúan en vuestro coche de lo que sabe un 90% de la población.

Para empezar aclaremos de forma general lo que es un motor. Un motor de coche es una máquina que transforma la energía liberada en una reacción química ( explosión o combustión) en un movimiento giratorio. Esta transformación de energía, como en cualquier máquina real, no tiene un rendimiento del 100%, si no que solo seremos capaces de aprovechar una parte de la energía teórica que se produce en la reacción. Para nuestros fines en esta serie nos bastará con saber que ese rendimiento varía con las rpm (revoluciones por minuto) del motor.


 Es así como llegamos a las famosas gráficas de par-motor y potencia máximas.



La linea verde representa la potencia del coche, y como vemos va subiendo hasta los 105 CV que es la potencia máxima de nuestro Megan. La escala que esta justo horizontal indica las revoluciones del motor. De modo que vemos que la potencia máxima de 105 CV se alcanza a las 3800 rpm (revoluciones por minuto)

La linea roja representa el par-motor, el par-motor nos indica la "fuerza" que puede darnos el motor a un determinado numero de revoluciones, y se mide en Nm  (newtons por metro), lo importante es que nos quedemos con la idea de el par-motor representa la fuerza del motor. Así vemos que la máxima fuerza se encuentra a las 2400 rpm (revoluciones por minuto) y se mantiene prácticamente constante hasta las 3400 rpm, momento en que empieza a caer

(Nota: este tipo de gráfica es típica de los motores diesel, el par máximo se coge a no demasiado altas revoluciones y se mantiene casi constante, a diferencia de los motores de gasolina que son mucho más abruptos)

Dos últimos detalles que necesitamos saber sobre estas gráficas. La potencia de un coche no es más que el par-motor multiplicado por las revoluciones, y aunque es la medida que más nos intentan vender (como los gigaherzios en los PC), es en realidad la gráfica par-motor la que nos proporciona más datos. Y lo segundo que a estas gráficas se las llama de par-motor y potencia máximas, porque son la máxima fuerza o potencia  que puede suministrar el motor teniendo pisado a fondo el acelerador. 

Ya nos ha quedado claro como son estas gráficas y que el par-motor es la fuerza que impulsa nuestro coche, además sabemos que esa fuerza no es constante y que depende de lo revolucionado que llevemos el coche. 

(Ojo a partir de aquí el artículo pierde algo de rigor para hacerse comprensible, si hay algún físico o ingeniero que no se lleve las manos a la cabeza por favor)

Bien si tenemos una "fuerza" que nos empuja, el par-motor, también tenemos una fuerza que nos dificulta el movimiento. A esta "fuerza" que se opone al movimiento la llamamos carga-motor y principalmente depende de:
Grafica de carga aerodinámica



"Aerodinámica": Es la fuerza que ejerce el aire sobre nuestro coche , la que nos empuja el el brazo hacia atrás si lo sacamos por la ventanilla mientras vamos en marcha. Esta fuerza nos dificulta el avance y se hace más grande cuanto más rápido vayamos, siendo muy grande a velocidades altas. A la derecha vemos una gráfica estándar de como aumenta esta carga según aumentamos la velocidad





"Pendiente": Esta carga es la resistencia que nos impone la gravedad. Es nula cuando circulamos en llano, pero aumenta cuanta más pendiente tenga la carretera por la que circulamos. Evidentemente a mayor pendiente más nos costará subir. Esta carga puede ser negativa, ya que al bajar, en vez de dificultarnos, nos impulsará.

"Fricciones": Además de estas dos cargas, hay toda otra serie de cargas que se producen en cada parte móvil del coche y que aumentan proporcionalmente a la velocidad, pero como son mucho más pequeñas para velocidades altas que la carga aerodinámica haremos como que no existen.

A la suma de estas fuerzas que  acabamos de ver y que se oponen al desplazamiento, las llamaremos carga-motor.

Ahora que ya tenemos por un lado el par-motor que es la fuerza que genera el motor, y por otro la carga-motor que es la fuerza que tenemos que vencer estamos preparados para entender lo más importante de esta entrada. Para ello imaginemos nuestro Megan circulando a 120 km/h yendo en 6ª marcha por la autovía.

A 120 km/h  en 6ª  usando los datos del artículo anterior es fácil comprobar que llevamos  2.500 rpm 
 (120 : 48.7 x 1.000 = 2.500)

Si miramos en la gráfica par-motor y tirando una linea recta vertical desde las 2500 rpm hasta que cruce con la linea roja, obtenemos el par-motor, en este caso 205 Nm.

Ahora pueden pasar 3 cosas:

1. Que la carga-motor sea mayor que esos 205 Nm de par-motor, en cuyo caso no podremos mantener nuestra velocidad, y el coche perderá velocidad. 

2. Que la carga-motor sea igual que esos 205 Nm, en ese caso podremos mantener los 120 km/h pero no podremos acelerar más.

3. Que la carga-motor sea menor que los 205 del par-motor, en cuyo caso no solo podremos mantener los 120 km/h sino que incluso podremos acelerar para ir más rápido.

Resumen: 
- Par-motor mayor que carga-motor = podemos incluso aumentar la velocidad
- Par-motor igual que carga-motor = podemos mantener la velocidad.
- Par-motor menor que carga-motor = perderemos velocidad.

Bien pues hasta aquí por hoy, como la vez anterior es importante que hayas cogido bien los conceptos que se explican, porque en las siguientes entradas los daremos por aprendidos. 

La siguiente entrada explicaré como determinar de forma fácil y práctica como determinar la velocidad de mínimo consumo de nuestro coche yendo en llano por la autovia. Muy interesante y además así podremos descansar la cabeza de tanto concepto nuevo. 
(Vale los ordenadores de a bordo también lo hacen, pero si has leído hasta aquí seguro que te interesa, y además te va a servir para afianzar los conocimientos)


Nota: tanto el par-motor como la carga-motor, no son fuerzas en la palabra misma, sino momentos de fuerza pero si no sabes lo que es un momento de fuerza sirve perfectamente que los veas como una fuerza. 

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