miércoles, 23 de noviembre de 2016

Par motor o torque

Torque en la rueda de un Formula 1
Torque en la rueda de un Formula 1

¿Qué es el par motor o torque?

La definición clásica es la siguiente. El par motor o torque es el momento de fuerza que ejerce un motor sobre el eje de transmisión de potencia o, dicho de otro modo, la tendencia de una fuerza para girar un objeto alrededor de un eje, punto de apoyo, o de pivote. La potencia desarrollada por el par motor es proporcional a la velocidad angular del eje de transmisión, viniendo dada por:


P = M ω
donde:



En un coche encontramos este valor en varios sitios, el motor, la caja de cambios, la transmisión con las ruedas,etc.

Cuanto más par motor o torque (M) podremos mover algo mas pesado en el eje o pivote.
Cuanta mas velocidad angular (ω), mas rápido giraran los ejes o pivotes.

Relación de transmisión de potencia
 dependiendo del tamaño de los engranaje



En un vehículo se necesitan muchos cálculos de par motor. Por ejemplo, en la caja de cambios con la relación de engranajes. Cuando ponemos primera en nuestro coche tenemos un par motor muy grande, lo que nos permite mover mucha masa y una velocidad angular pequeña, lo que nos hará ir lentos.

Según necesitemos, por ejemplo, aumentar la velocidad y gracias a que llevamos una inercia, podemos prescindir de par motor para obtener mas velocidad angular y por lo tanto las ruedas giraran mas rápido y recorrerán mas distancia en menos tiempo, eso nos hará ir mas rápido.

La Potencia P es contante en un coche es contante,  por eso, cualquier relación que hagamos de M * ω nos dará la misma Potencia (P)

Un caso practico que vamos a ver, con un motor de combustión LS7 de chevrolet el fabricante nos indica que a 6300 revoluciones por minuto (rpm), obtenemos  505 caballos de potencia (CV). 
Como en nuestra formula P es en vatios (W) necesitamos convertir los Caballos a vatios. La relación es fácil.

1 CV = 735,498 W  ≈  735 W

Por lo tanto

505 CV -> 735 * 505 -> 371175 W

El motor no nos ofrece mas potencia, por lo tanto somos nosotros que con las relaciones de marcha tenemos que jugar para obtener el torque y velocidad angular, necesarios en cada momento.


¿Dónde encontramos en otro caso el valor del torque?

Otro ejemplo son los motores eléctricos, donde es fundamental el valor del torque en función de nuestras necesidades. La siguiente imagen es una gráfica que nos ofrece el fabricante, en este caso de un modelo de Nema 34, un motor paso a paso.


Gráfica que facilita el fabricante sobre la relación del torque con la velocidad
 angular y la potencia de su producto, en este caso un motor paso a paso.

Como podéis ver el fabricante nos da una gráfica con varios valores; la velocidad angular en dos unidades de medida diferentes, revoluciones por minuto (RPM), y velocidad de pasos por segundo; y el torque en dos unidades, Onzas por pulgada y Newton por centímetro.

Además, el gráfico tiene representadas 3 curvas ya que este motor en concreto puede trabar a 24, 45 y 75 VDC (Voltios de corriente continua). 

Como veis, debido a que la potencia que nos ofrece el motor siempre es la misma, según avanzamos en el eje X y aumentamos RPM disminuye el torque en el eje Y. Por ello decimos que que la potencia es proporcional.

Podemos obtener cuanta potencia ofrece este motor.
Si nos fijamos en la curva roja, de 24 VDC, podemos ver que a 300 rpm, tenemos 140 N·cm.
Para poder usar nuestra formula necesitamos tener tener el valor del par motor o torque en N·m. EN este caso 140N·cm son 1,4 N·m.

Entonces:
P = 300 rpm * 1,4 Nm = 420 W

Podemos ver que a 600 rpm, tenemos 70 N·cm que son 0,70 N·m.
P = 600 rpm * 0,7 Nm = 420 W


Yo prefiero usar torque. Esto es debido a que este fenómeno no siempre implica a un un motor o propulsor clásico.
Sin ir muy lejos un ciclista emplea el fenámeno del torque para mover la bicicleta. En este caso es el ciclista el que crea el torque.
La potencia desarrollada por el ciclista dependerá de a qué velocidad esté pedaleando. Póngase por caso que el ciclista en cuestión hace una fuerza F sobre los pedales, que están a una distancia r del eje del plato.

M = r · F


Torque aplicado sobre una tuerca
Torque aplicado sobre una tuerca
Otro caso se da cada vez que apretamos una tuerca con una llave, dependiendo a que distancia estemos del centro sobre el que gira la llave (r) y la fuerza que ejerzamos (F), crearemos más o menos torque.



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