Potencia (Motores de pistones 4)

Motores de pistones

Capítulo 4

Potencia

• Trabajo
• Potencia al freno
• Potencia indicada
• Potencia de empuje
• Potencia en el eje
• Factores que afectan la potencia
• Control de la potencia de salida

Trabajo

Cuando se aplica una fuerza a un cuerpo que lo eleva o lo mueve, se realiza trabajo. El trabajo se expresa en pies-libra (unidades imperiales). Un pie-libra es la cantidad de trabajo que se realiza al levantar una libra un pie.

TRABAJO = FUERZA x DISTANCIA

Se realiza una cantidad determinada de trabajo, por ejemplo, al levantar mil libras de arena dos pies. Se requeriría muy poca potencia para realizar el trabajo si no hubiera límite de tiempo. Sin embargo, si tuviéramos que levantar la misma cantidad de arena la misma distancia en, digamos, cinco segundos, se requeriría mucha potencia.

La potencia es la tasa de trabajo y puede expresarse en pies-libra por segundo o en metros-kilogramo por segundo. El término caballo de fuerza se utiliza con frecuencia; un caballo de fuerza se alcanza cuando se realizan 550 pie-libra de trabajo en un segundo, es decir, 33.000 pie-libra de trabajo por minuto (Figura 4.1).

La potencia eléctrica se expresa en vatios: un caballo de fuerza equivale a 746 vatios.

Potencia al Freno

La potencia real entregada al eje de la hélice de un motor se denomina potencia al freno y su nombre deriva del método de medición. Antiguamente, la potencia se medía sujetando un freno alrededor del eje de salida del motor y midiendo la fuerza ejercida sobre un brazo. Este dispositivo de medición se denominaba freno de prony, de ahí el término potencia al freno (Figura 4.2).

El mismo principio se emplea hoy en día, utilizando una bomba de fluido o un generador accionado por el motor. La fórmula para la potencia al freno es:

C.V. = (Fuerza x Longitud del Brazo x 2π x R.P.M.) / 33000

Potencia Indicada

La potencia real entregada al eje de la hélice, más la potencia necesaria para accionar los accesorios como magnetos, bombas, etc., y la que se pierde por fricción, constituye la potencia total entregada por el motor, denominada potencia indicada. La potencia indicada no se puede medir como la potencia al freno, pero se puede calcular con precisión utilizando la fórmula PLANK:

I.H.P. = PLANK / 33000 ft lbs/min o también  PLANK /  60000 Nm/min

P = Presión Efectiva Media Indicada, que es la presión promedio en el cilindro durante la carrera de potencia, expresada en libras/pulgada cuadrada o N/m² (Figura 4.3).

L = Longitud de la carrera en pies (o metros).

A = Área de la cabeza del pistón en pulgadas cuadradas (m²).

N = Número de carreras de potencia por minuto (1 cilindro).

K = Número de cilindros.

Potencia de Empuje

La potencia de empuje es la cantidad real de caballos de fuerza que una hélice transforma en potencia. Esta es menor que la potencia al freno desarrollada por el motor, ya que las hélices nunca son 100% eficientes.

Potencia de Empuje = Empuje x TAS

Potencia en el Eje

La potencia en el eje es lo mismo que la potencia al freno. Normalmente se asocia con motores de turbohélice, donde la potencia en el eje debe sumarse a la potencia de empuje (caballos de fuerza de empuje). En este caso, se deriva del empuje del chorro) para obtener la máxima potencia del motor, y generalmente se denomina Potencia Equivalente al Eje (ESHP).

ESHP = SHP + Empuje producido por la descarga de escape, convertido al SHP equivalente que representa en condiciones estáticas.

Factores que afectan la potencia de salida

Los factores que afectan la potencia de salida son numerosos y la información que se proporciona aquí se refiere únicamente a las condiciones ambientales:

Densidad

Como la potencia depende principalmente del peso del aire consumido en un tiempo determinado, se deduce que la densidad afectará a la potencia. La densidad de una sustancia se define como masa por unidad de volumen. 

El peso de un pie cúbico de aire seco en condiciones estándar a nivel del mar es de 0,076475 libras. Una libra de aire ocupa aproximadamente 13 pies cúbicos. La densidad del aire se ve afectada por la presión, la temperatura y la humedad. Un aumento de presión aumentará la densidad, un aumento de temperatura la disminuirá y un aumento de humedad la disminuirá.

Relación de la mezcla

La mayoría de los carburadores y sistemas de inyección no corrigen la relación combustible/aire para el cambio de densidad, lo que significa que una potencia Se experimenta pérdida de potencia porque la relación de mezcla se enriquece a medida que disminuye la densidad del aire. 

Este efecto es más notorio al ascender una aeronave. La relación de mezcla normalmente se corrige manualmente, aunque esto no restaurará la pérdida de potencia por completo, sino solo la parte causada por el efecto de enriquecimiento. Al despegar desde un aeródromo a gran altitud, es necesario corregir la relación de mezcla, ya que la pérdida de potencia durante el despegue puede ser significativa. A mayor altitud, mayor es la posible pérdida de potencia.

Contrapresión de escape

La contrapresión de escape es la presión del aire ambiente que actúa sobre el tubo de escape abierto. Se reduce al aumentar la altitud, lo que mejora la evacuación de los gases de escape. Esto provoca un aumento de la potencia a una presión constante en el colector de admisión a medida que la aeronave asciende.

Control de la potencia de salida

Controlar la cantidad de mezcla consumida por el motor en un tiempo determinado controla la potencia. En una aeronave con hélice de paso fijo, la potencia se controla mediante la velocidad del motor (RPM) y el control de la relación de mezcla (Figura 4.4). La relación entre la relación de mezcla y la potencia se abordará en el apartado "Rendimiento del motor".

En aeronaves con hélice de paso variable, la potencia se controla no solo mediante la velocidad del motor y la relación de mezcla, sino también mediante la presión del colector de admisión (Figura 4.5). La presión del colector de admisión es la presión en el colector de admisión, entre la válvula de mariposa y el cilindro, medida en pulgadas de mercurio.

Con respecto a la fórmula de la potencia indicada, cabe destacar que la velocidad y la presión del motor son factores que intervienen en la fórmula. En este caso, la presión no se refiere a la presión del colector de admisión, sino a la presión de combustión, que se relaciona directamente con la presión del colector de admisión. Por lo tanto, la combinación de la presión del colector de admisión y las RPM producirá una potencia indicada dada.

Resumen:

Definiciones de Potencia

• Trabajo: Fuerza aplicada por la distancia recorrida (Trabajo = F∙d).
• Potencia: Rapidez con la que se realiza un trabajo.
• BHP (Brake Horse Power): Potencia real entregada al eje de la hélice.
• Potencia Indicada (IHP): Potencia total generada en los cilindros, calculada mediante la fórmula PLANK.
• Potencia de Empuje (THP): Potencia que la hélice transforma efectivamente en empuje (THP = Empuje∙TAS).

• 1 CV = 0.986 320 070 619 67 HP ≈ 0.986 HP
• 1 HP = 1.013 869 665 423 850 CV ≈ 1.014 CV

Factores que afectan la potencia

• Densidad: La potencia disminuye al aumentar la altitud o la temperatura, ya que hay menos masa de aire para la combustión.
• Humedad: El vapor de agua desplaza al oxígeno, reduciendo la potencia.
• Contrapresión de escape: Disminuye con la altitud, lo que favorece ligeramente la salida de gases y mejora el rendimiento.

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