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Todo el mundo ha oído hablar del par motor, y sin
embargo para la mayoría sigue siendo un dato misterioso... que si está
relacionado con la potencia del motor y con sus revoluciones…
Veámoslo de una forma clara.
A
veces se habla de un fueraborda que tiene mucho par motor, o que
conviene tener un buen par motor a bajas revoluciones, o que debemos
fijarnos en la elasticidad del motor…
A veces escuchamos demasiadas cosas sin mucho sentido. Lo mejor
es aclarar los conceptos para entender bien sobre este asunto.
Los
motores en general entregan trabajo a cambio de quemar combustible y
este trabajo lo entregan como energía mecánica de rotación al girar
el eje de salida en donde va montada la hélice. Pongamos un ejemplo:
Si
intentamos sujetar un coche que se pone en marcha, atando una cuerda
a su parte de atrás,
necesitaremos mucha fuerza. Es mejor intentarlo con un Vespino!
 Se
trata de una magnitud lineal porque la fuerza se manifiesta
en una dirección. Pero si intenta sujetar el giro de una hormigonera
abrazando con fuerza su tambor, se encontrará también con un
problema. Mejor inténtelo con el exprimidor de naranjas de la
cocina. La fuerza de giro necesaria para pararlo es lo que llamamos par motor.
Es
decir, hablamos de fuerzas cuando se trata de magnitudes lineales
como por ejemplo el peso que tira de una cuerda, y de par motor (o
momento de fuerza) cuando se trata de una fuerza pero para las cosas
que giran.
Los
físicos utilizan la distancia al eje para relacionar el par motor
con la fuerza lineal. El “par de fuerza” es igual al producto
de la fuerza lineal multiplicada por la distancia que hay hasta el
eje de giro.
Convertir la fuerza en par
En
el fondo, cualquier motor de explosión genera fuerza lineal en el
movimiento del pistón debido a la enorme presión de la explosión,
que es convertida en par motor en el cigüeñal gracias a las bielas.
De igual forma, cuando tenemos que quitar una rueda pinchada del
coche, no es lo mismo utilizar una llave pequeña (como las que
vienen de serie en los coches), que meter una de esas grandes llaves en
forma de cruz y cuanto más grande mejor. En estos casos, aunque lo
más cómodo sea llamar a la grúa, comprobamos que cuanto mayor sea el
brazo (distancia al eje) con el que aplicamos la fuerza lineal de
nuestros fornidos brazos, mayor será el “par de fuerza” y más
fácilmente sacaremos los tornillos de la rueda. Como la fuerza se
mide en Newtons y las distancias en metros (en el sistema
internacional de medidas claro), tendremos que el famoso “par” se
expresa, salvo para los díscolos ingleses, en (Newtons x
metro) o resumidamente Nm.
Cuanto más grande sea la distancia al eje, mayor es el “par”. Por
esa razón las ruedas de los timones grandes se mueven mejor y
tendremos por tanto mayor sensibilidad en las manos. En los barcos
regateros se utiliza por esta razón ruedas de diámetro más bien
generoso.
La potencia de
un motor
Sencillo! Ya sabemos lo que es el par motor. Antes de continuar
viendo como se conjuga todo esto con nuestros motores marinos,
debemos aclarar algo sobre la famosa potencia de los motores.
Para
empezar comentaremos que lo importante en un motor es la potencia y no
el par motor. La potencia es la capacidad que tiene un motor para
entregar trabajo. Es decir para entregar trabajo en cada unidad de
tiempo, que es justamente la definición de lo que es la
potencia; Trabajo/tiempo.
Para
nuestro caso con los motores marinos, es más interesante ofrecer la
definición de potencia, como el producto del “par” multiplicado
por el régimen de giro del motor. Si hacen un poco de
matemáticos con algunas ecuaciones, podrían ver que es rigurosamente
lo mismo, pero esta segunda definición es muy cómoda para calcular
la potencia que entrega un motor para cada régimen de giro.
Cuando los fabricantes de motores quieren calcular la curva de
potencias del motor, para cada régimen de revoluciones utilizan una
máquina que frena el eje del motor hasta pararlo. De esta manera se
sabe la potencia que entrega el motor a esas revoluciones, multiplicando las revoluciones a las que iba el motor por el par de
frenado que ha necesitado aplicar la máquina para detener el giro.
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Cómo aumentar el
par
El
tractor que tira del arado genera una enorme fuerza para conseguir
airear las tierras de la huerta. Sus grandes ruedas entregan un
“par” muy grande. Y sin embargo lo importante no es el par.
Podríamos sustituir el potente motor del tractor por uno de cortacésped y aplicando una buena reductora de engranajes para
reducir el desarrollo, conseguir el mismo ”par” capaz de tirar del
arado. Funcionaría, pero el campo sería desgraciadamente arado a la
velocidad de un caracol.
El
pequeño par del motor de cortacésped ha sido multiplicado a lo
bestia mediante la reductora o caja de engranajes para conseguir la
fuerza necesaria capaz de tirar del arado. Como la potencia del
cortacésped es mucho menor, tardaremos mucho más en terminar todo el
trabajo de labranza.
Con
nuestro motor marino ocurre lo mismo que con el tractor. Si
quisiéramos aumentar el par motor, simplemente montaríamos una
reductora antes de la hélice. Aumentará el par motor, pero la hélice
girará más lenta. Lo importante es que la potencia de propulsión se
mantiene constante. El “par” se puede modificar, pero la potencia,
es decir la capacidad de producir trabajo se mantiene constante. La
potencia es lo que verdaderamente importa.
Ya
comentamos que la potencia es igual al producto del par motor por la
revoluciones a las que gira, de modo que si mediante una reductora
multiplicamos por dos el par motor, a cambio habremos reducido las
revoluciones a la mitad. La potencia se mantiene constante.
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Cuando pulsas la palanca de gases, lo que sientes
en el cuerpo es la potencia del motor, no el par motor. La potencia
es la que permite producir aceleración y darnos esa sensación de
“chupinazo” en el cuerpo. A misma potencia dada por unos motores,
cuanto menos pese la embarcación, más aceleración obtendremos. Es decir, con una misma motorización, si bajamos
el peso del barco a la mitad, obtendremos el doble de aceleración.
De allí la importancia de utilizar fibra de carbono y no meter ni un
kilo de más en los barcos de altas prestaciones.
Como
ya dijo un buen periodista de coches, la potencia y el par motor es
como nuestro sueldo y la periodicidad con la que nos pagan...
Suponga que le ofrecen un sueldo muy elevado (par motor), lo
importante es saber cada cuanto tiempo se lo van a pagar (las
revoluciones del motor). El producto de estas dos cantidades es lo
verdaderamente a usted le debería importar (la potencia). De
nada vale mediante un engranaje doblar el par motor si con ello
bajamos las revoluciones a la mitad. Al final te quedas igual. Es
como si te pagan el doble de sueldo pero cada dos meses en vez de
cada mes. Insistimos, lo importante es la potencia que es el
producto de estos dos valores.
Y
sin embargo es una información valiosa
Cuando miramos las características de un motor lo que vemos es una
curva del par motor para cada régimen de trabajo. O lo que es lo
mismo, cómo es de grande la fuerza de giro que ofrece el motor para
cada régimen de revoluciones.
Esta
curva nos indica en donde trabaja mejor el motor, y que baches o
picos brillantes ofrece. A veces el fabricante ofrece directamente
la curva de potencia a cada régimen de giro del motor, pero esta
tendrá el mismo aspecto que la curva del par motor (ya que para cada
régimen de giro la potencia es el producto del par motor
multiplicado por las revoluciones). De hecho, lo que se mide
verdaderamente en el banco de pruebas es el par motor y no la
potencia.
La
curva del par motor: Velocidad de crucero
A
bajas revoluciones el motor entrega muy poca potencia, y sin embargo
se mantienen muchas perdidas mecánicas por rozamientos haciendo que
el par a bajas revoluciones sea siempre bajo. En muy altas
revoluciones se producen desagradables fenómenos mecánicos como la
flotación de los muelles de las válvulas o barridos insuficientes en
los cilindros, lo que conduce también a caídas en el par motor. A
veces simplemente el fabricante “programa” una caída del par motor a
por ejemplo 4.000 revoluciones porque sabe que es en ese régimen en
donde el ministerio de industria va a pasar las pruebas de
homologación, emisiones de ruido y de gases. Esto se hace
modificando de forma muy fácil algunos parámetros de forma
electrónica como el avance de encendido o ajustes sobre los
inyectores controlados por circuitos digitales.
Todo
ello hace que la curva del par motor tenga su forma característica
que es la que estudiaremos para saber a que revoluciones conviene
llevar el motor de nuestro barco.
Sabiendo a que revoluciones trabaja mejor el motor, tendremos que
hacer distintas pruebas con diferentes hélices, hasta conseguir que
el barco alcance la mayor velocidad a justamente este régimen de
giro del motor. Esta es la velocidad de crucero. El rendimiento será
el máximo y por tanto el consumo mínimo.
Si
ponemos una hélice muy pequeñita o de poco paso, el motor alcanzará
inmediatamente este régimen de giro. El barco navegará muy despacio,
y sobrará mucho motor para esta pequeña hélice. Es como si
pusiéramos ruedas de bicicleta en un formula 1. De modo que debemos
aumentar el tamaño de la hélice, su número de palas o su paso, o
todo a la vez. Si nos pasamos de largo, comprobaremos como el motor
ahora no es capaz de alcanzar ni de broma, las revoluciones donde
trabaja mejor. Nos hemos pasado, y habremos de reducir el tamaño, o
paso o número de palas.
Si
aumentamos las revoluciones del motor por encima de donde está el
par máximo, el motor entregará todavía más potencia, pero estos
incrementos de potencia serán cada vez más pequeños por cada
incremento de revoluciones aumentemos. Y por tanto el barco
aumentará la velocidad hasta lo que se llama velocidad máxima,
aunque cada vez con más esfuerzo. Pero es en el régimen de par
máximo (velocidad crucero) donde el motor gira más “alegre”, en
donde todavía es capaz de entregar un buen aumento de potencia al
darle más a la palanca. Es donde el motor genera menos rozamientos y
donde los gases circulan con más facilidad por sus pistones y
escapes, pues se producen los mejores fenómenos de resonancia y
barridos que hacen que por cada gramo de combustible quemado,
obtengamos la mayor energía mecánica posible.
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Los motores
eléctricos
A
diferencia de los motores de explosión, los motores eléctricos son
sumamente diferentes ya que prácticamente no hacen nada de ruido,
entregan un par motor casi constante e independiente de las
revoluciones de giro. Su curva de par es parecida a una línea
horizontal, y por tanto la curva de potencia es otra línea inclinada
con una pendiente constante, consecuencia de multiplicar este par
casi constante por las revoluciones de giro.
Desde sus primeras revoluciones, el par motor en un motor eléctrico
permanece rigurosamente constante (hasta ya muy altas revoluciones),
y por tanto la potencia crece según una línea recta de pendiente
constante.
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La
elasticidad y la viveza: 2 tiempos y 4 tiempos
Existen motores que a igualdad de potencia son más deportivos que
otros, y que son capaces de ofrecer lo mejor de sí mismos en un
margen de revoluciones más cerrado. Otros motores serán más
elásticos ofreciendo par motor importante a diferentes regímenes de
revoluciones.
Se
dice que los motores de 2 tiempos tienen más brío, y viveza,
entendiendo como tal, la capacidad o rapidez con que son capaces de
entregar la potencia máxima para la que han sido diseñados. Esta
característica es importante ya que no es lo mismo tener que llevar
un barco sorteando olas que navegar a máxima potencia en una mar
tranquila. Cuando tengamos que acelerar rápidamente para zafarnos de
una ola, necesitaremos potencia inmediata. Dos motores diferentes
pueden entregar la misma potencia pero la inmediatez con que la
entreguen determinará su diferente carácter.
El par máximo de un motor no
indica la potencia a bajas revoluciones ni tampoco la elasticidad
del motor. Cuanto más “elástico” sea un motor más potencia tendremos
disponible en la zona de regímenes bajos y medios.
Los
motores de 2 tiempos son siempre considerados como más “vivos” y
esto es debido a su tecnología de diseño. Son mecánicamente más
sencillos lo que da como resultado menos inercias de giro (lo que
los físicos llaman momento cinético) y por tanto son más “alegres”.
Y estas características quedan siempre reflejadas en la curva del
par motor, verdadera “foto” de cómo se comportará el motor.
La
curva del par motor nos cuenta mucho del temperamento del motor,
especialmente en una embarcación, en donde el barco y la hélice se
mueven en un fluido y por tanto son capaces de “expresar” la curva
del par de forma más directa que el motor de un coche que rueda
sobre una carretera, y por tanto (mientras
no derrape)
no puede subir de revoluciones mientras no alcance la velocidad
adecuada.
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Conocer la
elasticidad del motor
La elasticidad
es la cualidad de un motor de entregar potencia a bajo y medio
régimen de revoluciones, notando cuanto más elástico sea una
“reacción” instantánea a dar a la palanca de gases. Esta cualidad es
importante en embarcaciones deportivas y cuando las condiciones de
navegación requieran “trabajar” cuidadosamente con la palanca de
gases, para salir de una ola, y ajustar continuamente el empuje de
nuestra embarcación.
La elasticidad
del motor se puede medir mediante un valor conocido como Índice de
elasticidad y si esta índice se encuentra por encima de 3, tendremos
un motor de buena elasticidad. Si está por encima de 5 el motor será
verdaderamente elástico. Para calcular el índice de elasticidad,
consultaremos la gráfico de la curva de potencias para sacar 3
valores y poder dividir el régimen de potencia máxima (Rm) elevado
al cuadrado por el producto del régimen al que se produce el par
máximo (Rp) multiplicado por el régimen en el que el motor ofrece el
mismo par al que encontramos en potencia máxima (Rq).
Indice
Elasticidad= Rm2/ (Rp xRq)
Si por ejemplo
a partir de la gráfica obtenemos que nuestro motor alcanza su máxima
potencia a 6.300 rpm, y el par máximo se produce a 4.400 rpms, y
observamos que a 2.200 rpm encontramos que mismo par que el que da
el motor a 6.300 rpms, sacaremos un índice de elasticidad de 4,1
(6.300x6300/ 4.400x2.200)
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La
importancia de la hélice
Si
con el barco parado metemos la palanca de gases del fueraborda (o
intraborda) a tope para llevar el motor a su régimen de par máximo,
la hélice es capaz de pasar muy rápidamente al régimen de trabajo
solicitado ya que se mueve en el agua. Como en este momento el barco
está parado o a muy poca velocidad, no se consume la potencia en
rozamientos hidrodinámicos del casco contra el agua, o generación de
olas de proa. Debido a la masa (desplazamiento) y por tanto a la
inercia de la embarcación, toda la potencia entregada por la hélice
hará que esta simplemente “patine” en el agua.
En
estas condiciones la hélice manifiesta el efecto de acción y
reacción. Las velocidades contrarias del barco y del chorro de agua
lanzado hacia popa son muy diferentes. En estos momentos la hélice
produce “empuje” como lo hace el motor de un cohete, o una avioneta
al despegar.
Si
el conjunto Barco-Motor-Hélice está bien dimensionado, cuanto más
nos acerquemos a la velocidad de crucero, menos se manifestará el
principio de acción y reacción, pasando la hélice a trabajar más
como lo hace un tornillo “enroscándose” en el agua.
Como
ya comentamos antes, debemos conseguir las hélices que permitan
transmitir la máxima potencia de nuestro fueraborda. La hélice es
fundamental ya que es el elemento capaz de manifestar la potencia de
nuestro motor. Sin ella es como si a un Ferrari le quitáramos las
ruedas, como si a un equipo de música le quitáramos los altavoces,
como si al mejor pensador le quitáramos el bolígrafo con el que
expresarse. Si la hélice es pequeña, podrá manifestar poca
potencia. Si es demasiado grande, será el motor quien no se puede
llegar a dar lo mejor de sí mismo.
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