Banda de poder

La banda de potencia de un motor de combustión interna o de un motor eléctrico es el rango de velocidades de funcionamiento bajo el cual el motor o motor es capaz de producir la mayor potencia, es decir, la energía máxima por unidad de tiempo. Esto normalmente significa que se puede lograr la máxima aceleración dentro de esta banda (a menudo a costa de una menor eficiencia). Si bien los motores tienen un amplio rango de velocidades de funcionamiento, la banda de potencia suele ser un rango mucho más pequeño de velocidades del motor, solo la mitad o menos del rango total de velocidades del motor (los motores eléctricos son una excepción; consulte la sección sobre motores eléctricos a continuación). .

Específicamente, la banda de potencia es el rango de RPM alrededor de la salida de potencia máxima. La banda de potencia de un motor de automóvil de gasolina de combustión interna generalmente comienza a velocidades medias del motor (alrededor de 4000 RPM), donde se produce el par máximo, y termina por debajo de la línea roja después de alcanzar la potencia máxima (por encima de 5000 RPM pero menos de 7000 RPM). Los motores diésel de automóviles y camiones pequeños pueden desarrollar un par máximo por debajo de 2000 RPM con un pico de potencia por debajo de 5000 RPM.

Aplicaciones

Una transmisión mecánica con una selección de diferentes relaciones de transmisión está diseñada para ofrecer una potencia satisfactoria en todo el rango de velocidades del vehículo. El objetivo de la selección de relaciones de transmisión es mantener el motor funcionando en su banda de potencia. Cuanto más estrecha es la banda, más engranajes se necesitan, más juntos en proporción. Mediante una selección cuidadosa de la marcha, un motor puede funcionar en su banda de potencia, en todas las velocidades del vehículo. Tal uso evita que el motor funcione a bajas velocidades o exceda las velocidades de operación recomendadas.

Una banda de potencia estrecha a menudo se compensa con un dispositivo de división de potencia, como un embrague o un convertidor de par, para lograr de manera eficiente una amplia gama de velocidades. Una transmisión continuamente variable también puede evitar los problemas de una banda de potencia estrecha al mantener el motor funcionando a una velocidad óptima.

Motores de combustión interna

En los motores de combustión típicos que se encuentran en los vehículos, el par es bajo al ralentí, alcanza un valor máximo entre 1.500 y 6.500 RPM y luego cae más o menos bruscamente hacia la línea roja. Por debajo de las RPM del par máximo, la velocidad del aire de admisión y, por tanto, la mezcla de aire y combustible no es ideal. Por encima de esta velocidad, varios factores empiezan a limitar el par, como el aumento de la fricción, el tiempo necesario para cerrar las válvulas y la combustión y un caudal de admisión insuficiente. Debido al aumento de la vibración y el calor, también se puede instalar una limitación de RPM externa. La potencia es el producto del par multiplicado por la velocidad de rotación (análoga a la fuerza multiplicada por la velocidad en un sistema lineal), por lo que la potencia máxima se produce en el rango de velocidad superior donde hay tanto par alto como RPM altas.

En motores turboalimentados y sobrealimentados con potencial para generar un par abundante, un sistema de regulación de la presión de admisión a menudo limita el par a una cifra casi constante en todo el rango de velocidad del motor para reducir las tensiones en el motor y proporcionar un manejo consistente sin disminuir la potencia máxima.

Motores de gasolina

Las bandas de potencia pueden superar las 14.000 RPM en motocicletas y algunos automóviles de carreras, como los coches de Fórmula Uno. Estas altas velocidades se alcanzan mediante el uso de pistones livianos y bielas con carreras cortas para reducir la inercia y, por lo tanto, las tensiones en las piezas. Los avances en la tecnología de válvulas también reducen la flotación de la válvula a tales velocidades. A medida que un motor crece (su carrera en particular), su banda de potencia se mueve a velocidades más bajas.

En aplicaciones más comunes, un motor de gasolina moderno, bien diseñado y equipado con inyección de combustible, controlado por computadora, multiválvula y, opcionalmente, sincronización variable de válvulas, que utiliza buen combustible, puede lograr una notable flexibilidad en aplicaciones de automóviles, con suficiente par. incluso a bajas revoluciones del motor y una potencia relativamente plana de 1.500 a 6.500 RPM, lo que permite una navegación fácil y tolera un comportamiento a baja velocidad. Sin embargo, lograr la máxima potencia para una aceleración fuerte o una alta velocidad en carretera aún requiere altas RPM. Aunque la banda de potencia literal cubre la mayor parte del rango de RPM operativas, particularmente en la primera marcha (ya que no hay una marcha más baja a la que cambiar ni un "punto plano" en el que el motor no produzca potencia) , la banda efectiva cambia en cada marcha, convirtiéndose en el rango limitado en el extremo superior por el limitador, o un punto ubicado aproximadamente entre la potencia máxima y la línea roja donde la potencia cae, y en el extremo inferior el ralentí del motor. velocidad.

Motores diésel

Un diésel típico de carretera ("alta velocidad") tiene una banda más estrecha, generando un par máximo a bajas RPM (a menudo entre 1.500 y 2.000 RPM), pero también con una caída más pronunciada por debajo de esta velocidad. y alcanzando una potencia máxima alrededor de 3500-4500 RPM, nuevamente perdiendo fuerza rápidamente por encima de esta velocidad. Los motores diésel turboalimentados con turbo lag (banda de potencia estrecha y exagerada intrínseca a la mayoría de los motores turboalimentados) pueden mostrar esta característica aún más marcadamente. Por lo tanto, la elección del engranaje por parte del fabricante (o del comprador/modificador) y el uso apropiado de las relaciones disponibles es aún más crucial para hacer el mejor uso de la potencia disponible y evitar ser & #34;empantanado" en puntos planos.

Los motores diésel más grandes de locomotoras y algunas embarcaciones utilizan motores diésel-eléctricos. Esto elimina las complejidades de un apalancamiento extremadamente bajo, como se describe a continuación.

Los motores diésel más grandes ("de baja velocidad") (grandes generadores en tierra y motores diésel marinos en el mar) pueden girar a sólo cientos de RPM o incluso menos, con velocidades de ralentí de 20 a 30 RPM. Estos motores suelen ser motores diésel de dos tiempos.

Motores eléctricos

Los motores eléctricos son únicos en muchos sentidos, especialmente en lo que respecta a la banda de potencia. Las características exactas varían mucho según el tipo de motor eléctrico. El par máximo de un motor universal (aspiradora, máquinas pequeñas, taladros, motores de arranque) se produce a una velocidad de rotación cero (cuando se para) y cae a mayores RPM. Para los motores de inducción conectados a una fuente de CA de frecuencia fija (más común en aplicaciones grandes), el par máximo suele estar justo por debajo de las RPM síncronas, desciende a cero para estas RPM y se vuelve negativo por encima de ellas (generador de inducción); a bajas RPM el par suele ser ligeramente menor. Los motores síncronos sólo se pueden utilizar a la velocidad síncrona de la fuente de CA. En las aplicaciones modernas se utilizan motores síncronos y de inducción con control electrónico de la frecuencia, por ejemplo, motores eléctricos de corriente continua sin escobillas. En este caso, a menos que se apliquen limitaciones externas, el par máximo se logra a bajas RPM.

Por ejemplo, el motor de CA del Tesla Roadster (2008) produce un par máximo casi constante de 0 a aproximadamente 6000 RPM, mientras que la potencia máxima se produce a aproximadamente 10000 RPM, mucho después de que el par comienza a disminuir. La línea roja del Roadster es 14000 RPM. De hecho, otros motores eléctricos pueden producir un par máximo en todo su rango operativo, aunque su velocidad máxima de funcionamiento puede estar limitada para mejorar la confiabilidad.

Turbinas de gas

En comparación, las turbinas de gas funcionan a RPM extremadamente altas y exhiben bandas de potencia estrechas y una capacidad y respuesta de aceleración deficientes.