navio
24/11/2012, 19:21
Bancos de potencia, una aproximación teórica
Como entusiasta del motor, a menudo me veo envuelto en infinidad de conversaciones sobre, como no puede ser de otra manera, coches. Un gran número de ellas giran en torno a motores y, entonces, siempre hay uno que conoce a alguien que ha preparado su motor y este ahora tiene muchos más caballos.
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Sobre si la preparación de un motor, ya sea atmosférico o turbo ([Only registered and activated users can see links]) (mucho más rentable si hablamos del precio por caballo extra en estos últimos), debe ser el último o el primer paso a la hora de mejorar un coche también hemos discutido bastante. Personalmente pienso que si con tu coche de estricta serie estás a 6 segundos de la mejor vuelta que se puede hacer con ese coche, en esas condiciones y en ese circuito, tus prioridades deberían ser por este orden:
Mejorar como conductor.
Mejorar tu chasis.
Mejorar tu motor.
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Pero también es cierto que hay otras motivaciones que pueden hacerte querer preparar tu motor: el empuje extra, el sonido, el tacto… son alicientes muy adictivos; aunque, en muchos casos, subjetivos o intangibles. Basados en sensaciones.
Para cuantificar cómo y cuánto hemos mejorado nuestro motor, nos servimos de una herramienta: el banco de potencia.
PAR y POTENCIA
¿Es realmente tan importante la potencia, o lo es más el par motor? Un momento, ¿qué es la potencia ([Only registered and activated users can see links]) y qué es el par motor ([Only registered and activated users can see links])?
La ambigüedad de los términos par y potencia -la física y sus magnitudes…- nos hacen pensar que son cosas poco relacionadas o incluso opuestas; nada más lejos de la realidad: la potencia (cuya definición tradicional no nos esclarece demasiadas cosas) no es más que el resultado de multiplicar el par motor por la velocidad angular (rpm).
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El par motor, que medimos en Newton por metro (N·*m), es la capacidad del propulsor de producir trabajo.
Recopilando información para este artículo he encontrado una definición que, si bien no es muy científica, es tremendamente esclarecedora.
Supongamos que circulamos en bicicleta a una velocidad constante de 30 km/h; para mantener esa velocidad necesitamos una potencia X, que es producida por el motor (nuestras piernas).
Esa velocidad la podemos mantener por ejemplo con un plato grande y un piñón pequeño, lo que nos obligará a pedalear pocas veces pero imprimiendo una gran fuerza (par) en cada pedalada o, por lo contrario, utilizar un plato pequeño y un piñón grande de forma que el par que tenemos que aplicar es muy pequeño pero necesitaremos pedalear mucho más rápido para mantener la velocidad.
Por eso, ahora es mucho más fácil entender la fórmula de la potencia:
Potencia = Par x Velocidad angular (RPM)
P (W)= M (Nm) x w (rad/s)
El par motor viene determinado por la presión media efectiva ([Only registered and activated users can see links]) en la cámara de combustión, que es, a groso modo, un indicador de cómo de bien se quema la mezcla aire/gasolina en la cámara de combustión.
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Cada motor, en función de su morfología y diseño, tiene un régimen óptimo de llenado y mínimas pérdidas, que es donde se genera el par máximo a plena carga. Sin embargo, el dato de par motor máximo en sí, de forma individual, igual que el de potencia máxima, no nos dice gran cosa. Ver una gráfica completa es más instructivo, pero lo que realmente nos va a indicar cómo de rápido es un coche respecto a otro con datos de potencia y par similares son los registros de aceleración, recuperación, velocidad máxima… que a su vez dependen del peso, de las relaciones de cambio, de la aerodinámica, etc.
Una vez aclarado esto, podemos empezar a ver qué tipos principales de bancos de potencia hay y cuáles son sus ventajas e inconvenientes.
BANCOS INERCIALES
Los bancos inerciales están constituidos básicamente por unos rodillos de masa y dimensiones conocidos que pueden girar libremente y que junto a un programa de ordenador que interpreta cómo éstos son acelerados (y frenados) por las ruedas del coche, convierte los datos en gráficas de potencia en función de las RPM.
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Una vez obtenida la potencia, el par se calcula de forma matemática mediante la fórmula antes indicada.
Los bancos inerciales, si están bien diseñados, son lo bastante precisos para que sus valores puedan considerarse válidos en el 99 por ciento de las situaciones y son especialmente útiles para comparar. Así, gracias a su sencillez y precisión, son muy prácticos para apreciar pequeños ajustes o mejoras que hayamos hecho en nuestros coches: avance del encendido, tiempos de inyección, variaciones en temperatura de admisión, cambios de lubricante… incluso encender o apagar las luces o el aire acondicionado puede apreciarse en las gráficas.
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Una de las grandes ventajas de los bancos inerciales es que no hay que calibrarlos, independientemente de que tipo de vehículo o condiciones con los que nos encontremos, su funcionamiento se basa en leyes físicas sencillas y, por tanto, los resultados serán siempre precisos.
Otra cosa muy diferente es que luego a los resultados obtenidos durante la lanzada se les aplique un factor de corrección. La potencia que un motor entrega es relación directa de la presión barométrica del aire, de la humedad y de la temperatura, es decir, de las condiciones atmosféricas.
Los factores de corrección ([Only registered and activated users can see links]) se aplican para estandarizar los resultados y poder comparar el mismo vehículo en dos momentos diferentes o poder comparar dos vehículos medidos en diferentes bancos de potencia. Existen varios factores de corrección (SAE J1349 ([Only registered and activated users can see links]_of_Automotive_Engineers), DIN 70020 ([Only registered and activated users can see links]_Institut_f.C3.BCr_Normung_700 20), etc), pero, como ya hemos dicho, todos ellos tienen en cuenta 3 parámetros:
Temperatura del aire (25 ºC en SAE y 20 ºC en DIN).
Humedad (0% en ambas normas).
Presión barométrica (99 kPa en SAE y 101 kPa en DIN)
Para poder aplicar estos factores de corrección, el banco de potencia debe estar equipado con una estación meteorológica; de lo contrario, cada día los resultados de las mediciones serán diferentes.
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El gran inconveniente de los bancos inerciales es que, precisamente por su diseño, necesariamente tenemos que realizar las mediciones con grandes cargas de acelerador (mariposa de admisión abierta al 100% o cerca), ya que no son capaces de medir la potencia a regímenes de giro (RPM) constantes. Como consecuencia, elaborar o modificar mapas de inyección para su optimización se hace muy complicado ya que no somos capaces de apreciar el comportamiento del motor a un determinado régimen de giro o carga más que en un brevísimo período de tiempo.
Por último, el banco inercial también es capaz de darnos un valor más: las pérdidas.
La prueba de potencia en sí se realiza con el vehículo en la marcha más directa posible (es decir, que el cambio desmultiplique lo menos posible la velocidad del motor en las ruedas), normalmente una por debajo de la más alta.
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Una vez que tenemos a temperatura correcta el aceite y el refrigerante aceleramos a fondo sobre los rodillos desde un régimen ligeramente superior al ralentí y hasta llegar al corte de inyección, llegados a este punto ponemos punto muerto y dejamos que las ruedas se paren por completo (frenando también a los rodillos).
Con este procedimiento, en aceleración obtenemos la potencia a las ruedas y en retención las pérdidas producidas por la cadena cinemática. Así, sumando potencia a la rueda más las pérdidas obtenemos la potencia del motor, lo que además nos permite observar si tenemos un problema en nuestra transmisión (pérdidas superiores a un 25 % suelen indicar un mal estado de algún componente).
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Resumiendo: podemos decir que los bancos de potencia inerciales son muy precisos debido a su sencillez pero que tienen sus limitaciones, especialmente en lo que a modificación de mapas de inyección se refiere. Por tanto, su principal función es la de poder comparar unos vehículos contra otros o pieza A contra pieza B (filtros de admisión, lubricantes, turbos, reprogramaciones…) en el mismo motor.
BANCOS DE FRENO
La principal característica de los bancos de freno, ya sean hidráulicos o electromagnéticos, es que son capaces de medir par y aplicar un fuerza de frenado al mismo tiempo.
Como los bancos de freno son capaces de aplicar cargas variables es posible simular condiciones de marcha prácticamente reales e incluso mantener regímenes de giro sostenido con carga, que es la fase más critica en la creación y ajuste de lo mapas de inyección y encendido a lo largo de toda la gama de revoluciones del motor. Al contrario que en los bancos inerciales, donde la única opción es medir con el motor a plena carga.
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Los bancos de freno pueden catalogarse en bancos de motor, que son utilizados por los fabricantes para crear los mapas de encendido e inyección de sus motores, o bancos de chasis, que son utilizados por preparadores de motores para optimizar los mapas buscando un mejor rendimiento.
Sin embargo, los bancos de freno tienen importantes desventajas.
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A pesar de ser la herramienta perfecta para modificar la gestión electrónica del motor, para que los bancos de frenos funcionen correctamente es necesario calibrarlos a menudo, lo que incrementa las posibilidades de que el banco se encuentre “fuera de punto”. Por norma general los resultados de la medición de potencia son menos precisos que en los bancos inerciales, ya que los bancos de freno son más compejos y tienen muchas más piezas móviles.
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Otro de los riesgos que tiene la utilización de los bancos de freno es que debido a la carga que se aplica sobre el vehículo, usar un banco de freno es mucho más duro para los motores, no siendo nada raro que durante las pruebas se rompan motores si no se controlan los parámetros de forma estricta (temperaturas de refrigerante, presión de aceite, etc).
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Pueden parecer más los contras que los pros pero un banco de freno bien utilizado es la herramienta más precisa para la puesta a punto de motores.
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Extra lap:
Algunas de las mejores lanzadas en banco de potencia incluidos algunos sustos:
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Bancos de potencia, una aproximación teórica – 8000vueltas.com ([Only registered and activated users can see links])
Como entusiasta del motor, a menudo me veo envuelto en infinidad de conversaciones sobre, como no puede ser de otra manera, coches. Un gran número de ellas giran en torno a motores y, entonces, siempre hay uno que conoce a alguien que ha preparado su motor y este ahora tiene muchos más caballos.
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Mejorar como conductor.
Mejorar tu chasis.
Mejorar tu motor.
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Pero también es cierto que hay otras motivaciones que pueden hacerte querer preparar tu motor: el empuje extra, el sonido, el tacto… son alicientes muy adictivos; aunque, en muchos casos, subjetivos o intangibles. Basados en sensaciones.
Para cuantificar cómo y cuánto hemos mejorado nuestro motor, nos servimos de una herramienta: el banco de potencia.
PAR y POTENCIA
¿Es realmente tan importante la potencia, o lo es más el par motor? Un momento, ¿qué es la potencia ([Only registered and activated users can see links]) y qué es el par motor ([Only registered and activated users can see links])?
La ambigüedad de los términos par y potencia -la física y sus magnitudes…- nos hacen pensar que son cosas poco relacionadas o incluso opuestas; nada más lejos de la realidad: la potencia (cuya definición tradicional no nos esclarece demasiadas cosas) no es más que el resultado de multiplicar el par motor por la velocidad angular (rpm).
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El par motor, que medimos en Newton por metro (N·*m), es la capacidad del propulsor de producir trabajo.
Recopilando información para este artículo he encontrado una definición que, si bien no es muy científica, es tremendamente esclarecedora.
Supongamos que circulamos en bicicleta a una velocidad constante de 30 km/h; para mantener esa velocidad necesitamos una potencia X, que es producida por el motor (nuestras piernas).
Esa velocidad la podemos mantener por ejemplo con un plato grande y un piñón pequeño, lo que nos obligará a pedalear pocas veces pero imprimiendo una gran fuerza (par) en cada pedalada o, por lo contrario, utilizar un plato pequeño y un piñón grande de forma que el par que tenemos que aplicar es muy pequeño pero necesitaremos pedalear mucho más rápido para mantener la velocidad.
Por eso, ahora es mucho más fácil entender la fórmula de la potencia:
Potencia = Par x Velocidad angular (RPM)
P (W)= M (Nm) x w (rad/s)
El par motor viene determinado por la presión media efectiva ([Only registered and activated users can see links]) en la cámara de combustión, que es, a groso modo, un indicador de cómo de bien se quema la mezcla aire/gasolina en la cámara de combustión.
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Cada motor, en función de su morfología y diseño, tiene un régimen óptimo de llenado y mínimas pérdidas, que es donde se genera el par máximo a plena carga. Sin embargo, el dato de par motor máximo en sí, de forma individual, igual que el de potencia máxima, no nos dice gran cosa. Ver una gráfica completa es más instructivo, pero lo que realmente nos va a indicar cómo de rápido es un coche respecto a otro con datos de potencia y par similares son los registros de aceleración, recuperación, velocidad máxima… que a su vez dependen del peso, de las relaciones de cambio, de la aerodinámica, etc.
Una vez aclarado esto, podemos empezar a ver qué tipos principales de bancos de potencia hay y cuáles son sus ventajas e inconvenientes.
BANCOS INERCIALES
Los bancos inerciales están constituidos básicamente por unos rodillos de masa y dimensiones conocidos que pueden girar libremente y que junto a un programa de ordenador que interpreta cómo éstos son acelerados (y frenados) por las ruedas del coche, convierte los datos en gráficas de potencia en función de las RPM.
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Una vez obtenida la potencia, el par se calcula de forma matemática mediante la fórmula antes indicada.
Los bancos inerciales, si están bien diseñados, son lo bastante precisos para que sus valores puedan considerarse válidos en el 99 por ciento de las situaciones y son especialmente útiles para comparar. Así, gracias a su sencillez y precisión, son muy prácticos para apreciar pequeños ajustes o mejoras que hayamos hecho en nuestros coches: avance del encendido, tiempos de inyección, variaciones en temperatura de admisión, cambios de lubricante… incluso encender o apagar las luces o el aire acondicionado puede apreciarse en las gráficas.
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Una de las grandes ventajas de los bancos inerciales es que no hay que calibrarlos, independientemente de que tipo de vehículo o condiciones con los que nos encontremos, su funcionamiento se basa en leyes físicas sencillas y, por tanto, los resultados serán siempre precisos.
Otra cosa muy diferente es que luego a los resultados obtenidos durante la lanzada se les aplique un factor de corrección. La potencia que un motor entrega es relación directa de la presión barométrica del aire, de la humedad y de la temperatura, es decir, de las condiciones atmosféricas.
Los factores de corrección ([Only registered and activated users can see links]) se aplican para estandarizar los resultados y poder comparar el mismo vehículo en dos momentos diferentes o poder comparar dos vehículos medidos en diferentes bancos de potencia. Existen varios factores de corrección (SAE J1349 ([Only registered and activated users can see links]_of_Automotive_Engineers), DIN 70020 ([Only registered and activated users can see links]_Institut_f.C3.BCr_Normung_700 20), etc), pero, como ya hemos dicho, todos ellos tienen en cuenta 3 parámetros:
Temperatura del aire (25 ºC en SAE y 20 ºC en DIN).
Humedad (0% en ambas normas).
Presión barométrica (99 kPa en SAE y 101 kPa en DIN)
Para poder aplicar estos factores de corrección, el banco de potencia debe estar equipado con una estación meteorológica; de lo contrario, cada día los resultados de las mediciones serán diferentes.
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El gran inconveniente de los bancos inerciales es que, precisamente por su diseño, necesariamente tenemos que realizar las mediciones con grandes cargas de acelerador (mariposa de admisión abierta al 100% o cerca), ya que no son capaces de medir la potencia a regímenes de giro (RPM) constantes. Como consecuencia, elaborar o modificar mapas de inyección para su optimización se hace muy complicado ya que no somos capaces de apreciar el comportamiento del motor a un determinado régimen de giro o carga más que en un brevísimo período de tiempo.
Por último, el banco inercial también es capaz de darnos un valor más: las pérdidas.
La prueba de potencia en sí se realiza con el vehículo en la marcha más directa posible (es decir, que el cambio desmultiplique lo menos posible la velocidad del motor en las ruedas), normalmente una por debajo de la más alta.
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Con este procedimiento, en aceleración obtenemos la potencia a las ruedas y en retención las pérdidas producidas por la cadena cinemática. Así, sumando potencia a la rueda más las pérdidas obtenemos la potencia del motor, lo que además nos permite observar si tenemos un problema en nuestra transmisión (pérdidas superiores a un 25 % suelen indicar un mal estado de algún componente).
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La principal característica de los bancos de freno, ya sean hidráulicos o electromagnéticos, es que son capaces de medir par y aplicar un fuerza de frenado al mismo tiempo.
Como los bancos de freno son capaces de aplicar cargas variables es posible simular condiciones de marcha prácticamente reales e incluso mantener regímenes de giro sostenido con carga, que es la fase más critica en la creación y ajuste de lo mapas de inyección y encendido a lo largo de toda la gama de revoluciones del motor. Al contrario que en los bancos inerciales, donde la única opción es medir con el motor a plena carga.
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Sin embargo, los bancos de freno tienen importantes desventajas.
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