Chapucillas: ¿Potencia o torque?

Bendito dilema, sobre todo si uno no sabe de qué le habla el señor o señora que le está vendiendo la moto. La mayoría tenemos una idea del estilo "la potencia es lo que corre la moto y el torque es el impulso que se siente al apretar el acelerador". No es incorrecto, pero vamos a intentar explicar la razón.

Para poder explicar esto, antes hay que tener una base mínima de mecánica. Tranquilidad: todo lo que va a ir en este post viene redactado por alguien que no es mecánico. De este modo, procuraremos dar una versión apta para todo público.

Antes de comenzar con fórmulas y teoría, hay que entender cómo funciona el motor y cómo éste genera el movimiento que se transmite a la rueda. Para ello, enunciaremos las partes del mismo y el funcionamiento del ciclo del motor. El ciclo no es otra cosa que las fases por las que pasa el motor para generar un movimiento circular, que es lo que buscamos.

Para simplificar y entender por qué queremos un movimiento circular, vamos al revés: el objetivo es que la rueda gire. Para que la rueda gire, tiene que girar la cadena. Para que gire la cadena, el motor tiene que conseguir de algún modo que haya un engranaje que gire de forma paralela y en el mismo sentido que la rueda, y este engranaje va anclado a la cadena en cuestión. No es distinto al funcionamiento de una bici. Hasta aquí todo sencillo.

Al igual que en una bici, necesitamos aplicar una fuerza que, con los diferentes mecanismos, se transfiera a la rueda. En el caso de la bicicleta, la fuerza sería el movimiento que hacemos con las piernas sobre el pedal. En la moto pasa algo parecido.

Primero veamos cuáles son las partes principales (no todas) que intervienen en generar esa fuerza que haríamos con las piernas: En el motor 4T (4 tiempos) hay 4 fases para completar un ciclo completo, donde toda la historia vuelve a comenzar. En la bici no existen tales fases, pero se puede comparar a todo el trámite que hay que hacer para volver a tener el pie en la parte más alta, donde podríamos volver a aplicar la fuerza en los pedales para seguir moviéndonos. Las partes son:

Válvulas: Se trata de "tapones" que permiten la entrada de gasolina y aire y la salida de los gases resultantes de la explosión en la cámara de combustión.

Pistón: Es la parte que recibe la fuerza. En la bici, su equivalente sería el pedal.

Biela (nada que ver con el alcohol): Es la pieza que une al pistón con la parte giratoria. En el ejemplo de la bici, sería la sección rígida que une el pedal con la catalina.

Cigüeñal: Se ancla al otro lado de la biela y, por su forma, permite que el movimiento del pistón, que es vertical, se convierta en circular a través de la biela (en la imagen se muestra un cigüenal para un motor de 4 cilindros).

Para completar hay que mencionar tres partes más de cara a entender la estructura del motor: el cilindro, la culata o cabezote y el árbol de levas. El cilindro es el espacio de forma cilíndrica donde sube y baja el pistón. Su función es, por un lado, dirigir al pistón en su movimiento y, por otro, hacer que toda la cámara donde va a entrar la gasolina permanezca 100% estanca. Esto es así ya que si la gasolina o los gases generados tuvieran un espacio por donde fugarse que no es el indicado, el motor perdería presión y parte de la fuerza que se ejerce se iría por dichos espacios, perdiento rendimiento. De tal modo, es de vital importancia que la cabeza del pistón y el cilindro tengan la misma circunferencia. Si el pistón fuera más grande, directamente no entraría en el cilindro. Si el cilindro fuera demasiado grande, se fugaría la gasolina y los gases por los espacios y el motor no funcionaría correctamente. La culata es la parte que cierra el cilindro por arriba y que alberga a las válvulas, el árbol de levas y la bujía. El árbol de levas es una barra con salientes que va sincronizada con el movimiento del pistón y que acciona las válvulas para que su apertura y cierre se den en el momento adecuado. Con la imagen a continuación se entienden mejor las fases y las partes.

Primero, identifiquemos las partes: de arriba a abajo, vemos primero la culata que tiene en su interior al arbol de levas (en este caso hay 2, que se ven de frente y que hacen girar a las dos perillas blancas, que son las levas, y que accionan las válvulas que vienen a continuación). Las válvulas son los "tapones" que suben y bajan en las fases 1 y 4. A la hora de bajar, la leva del árbol las empuja hacia abajo, abriendo el espacio que dejan y permitiendo, en la fase 1, la entrada de combustible y aire en azul y, en la fase 4, la expulsión de los gases en marrón. Para cerrarse y dejar estanca la cámara (espacio que hay entre la culata y el pistón) se cierran a través de un muelle (no se ve en la imagen) en casi todas las ocasiones. En el caso de las Ducati por ejemplo, que tienen otro sistema, se cierran también sincronizadas con el pistón, y tienen otra leva para cerrar la válvula.

Entre las dos válvulas se encuentra la bujía. La bujía emite una chispa en la fase 3, que hace que la gasolina y aire exploten, y envían el pistón hacia abajo, generando el movimiento. La pieza que sube y baja de forma vertical es el pistón, y a ambos lados se encuentra el cilindro, que es la cara exterior (por ponerlo de alguna forma) del motor. La zona inferior, donde se encuentran las partes que giran, es el cárter. En él se almacena el aceite del motor, que es la parte amarilla inferior y que salpica las partes moviles cuando la biela se hunde en el mismo. Anclado al pistón está la biela, que hace un movimiento vertical y horizontal combinado. Es como un péndulo de un reloj que va en sentido horizontal, pero cuyo eje (en la parte superior) sube y baja de forma acompasada. Anclado a la biela está el cigüeñal, que ejerce un movimiento circular sobre un eje, que es el mismo que a la larga va a ir anclado a un engranaje y transmitir, a través de la cadena, correa o cardán, el movimiento a la rueda.

Ya vistas las partes, vamos con las fases:

Fase 1: Admisión:

La válvula de admisión se abre para dejar que la mezcla de gasolina y aire entre en el motor. Cuando la mezcla ya ha entrado, se cierra la válvula para mantener estanca la cámara y evitar que vuelva por donde ha venido. El pistón baja mientras entra la mezcla. La válvula de escape permanece cerrada.

Fase 2: Compresión:

Con la válvula de admisión cerrada, el pistón sube para comprimir la mezcla de aire y caldo (gasolina). Aparte de mantener girando el cigüeñal, comprime la mezcla para que la explosión de la gasolina tenga más fuerza. El pistón sube. Ambas válvulas permanecen cerradas.

Fase 3: Explosión:

Con la mezcla ya comprimida y el pistón arriba, la bujía hace chispa y explota el contenido de la cámara. Esta explosión hace que el pistón baje y genera la fuerza vertical que buscamos. Es el equivalente a tener la pierna en la posición más alta sobre el pedal de la bici, y ejercer la fuerza hacia abajo. El pistón baja. Las válvulas permanecen cerradas.

Fase 4. Escape:

El pistón sigue su ciclo de la bajada anterior y comienza a subir, a la par que la válvula de escape se abre. El mismo pistón expulsa los gases resultantes de la explosión que acabarán saliendo por el tubo de escape. Al final de esta fase, la válvula se cierra. El pistón sube. La válvula de admisión permanece cerrada.

Con esto podemos analizar varias cosas. La primera, que como máximo 1 tipo de válvula (hay motores que tienen 2 válvulas de admisión y 2 de escape por cilindro) está abierta a la vez. Si las válvulas de admisión y escape se abrieran de forma simultánea, algo va mal. Por otro lado, el motor 4T se llama así porque tiene 4 fases, y cada fase se asocia a una subida o bajada del pistón. Cada vez que el pistón sube o baja, nos encontramos en una fase.

Y ahora, a lo que vinimos: Potencia y Torque. La potencia depende directamente del torque, así que veremos el torque primero y la potencia después. Pero para entender el torque, hay que explicar brevemente qué es una fuerza según la física.

La fuerza es una medida que depende del peso de un objeto y calcula "lo que cuesta moverlo". Que cueste más o menos moverlo depende de la gravedad. Partiendo de la base de que la fuerza se mide en Newton, si queremos mover un objeto de 5 kilos tendremos que aplicar una fuerza de mínimo los 5 kilos que pesa multiplicado por la fuerza de gravedad (en términos de aceleración serían 9,8m/s2 pero no soy físico, así que ponemos que es 9,8 y nos lo creemos), que sería en total una fuerza de 49N.

El torque, por definición, es una fuerza con un sentido de giro circular a una distancia determinada de un eje. Es igual que la fuerza anterior, pero en vez de ser vertical (tirar de una cuerda o levantar el objeto de 5 kilos mencionado antes), es una fuerza circular. En la bici, sería la fuerza que aplicamos en los pedales, ya que los pedales giran en círculo y están ubicados a una distancia determinada del eje de donde parten (el centro de la catalina). En el caso de la moto, la fuerza circular se da en el cigüeñal, ya que en el pistón la fuerza que se ejerce es vertical. Por eso en las fichas técnicas se dice torque al eje o al cigüeñal. La fuerza circular depende no solo de la fuerza que se aplique sino de la distancia a la que se aplique desde el eje adonde se ancla. Ejemplo: imaginemos un balancín donde los niños juegan en el parque, que tiene un eje ubicado en la parte central del mismo y ponemos un peso en un extremo, y aplicamos la fuerza en el otro. Si pudiéramos mover el eje de sitio, y acercarlo al peso que queremos levantar, se levantaría mucho más fácilmente. Si por el contrario pusiéramos el eje cerca de donde estamos aplicando la fuerza, costaría mucho más levantarlo (podéis probarlo en casa con una tabla de madera e intentar levantar algo haciendo palanca sobre un eje). En el movimiento circular pasa lo mismo: si estamos más alejados del eje, produciremos más torque aplicando la misma fuerza.

El torque se mide en Nm (Newton metro). Esto quiere decir que aplicamos una fuerza de X Newton a una distancia de 1 metro respecto del eje. Volviendo a la bici: si aplico una fuerza de 49N sobre el pedal (mi pierna pesa 5 kilos y la dejo caer al pedal, multiplicado por 9,8 que es la gravedad, la fuerza sobre el pedal es de 49N) y la bieleta del pedal mide 1 metro, de modo que el pedal está a 1 metro del eje, el par que estoy ejerciendo es de 49Nm. (49N x 1m). Ahora, si consideramos que los pedales de una bici no están tan lejos del eje de la catalina, estaremos teniendo menos torque que fuerza. Multiplicamos los 49N de fuerza que aplicamos en el pedal por los 25cm que hay desde el pedal al eje y el torque no será de 49Nm como antes sino de 12,25Nm. (49N x 0,25m). SI vamos al ejemplo de la moto, en el gif anterior, veréis que la distancia desde donde se aplica la fuerza hasta el eje es mucho menor. Para ver esta distancia, mirad el cigüeñal y el punto de anclaje de la biela. Ésa es la distancia respecto del eje. Estando tan cerca del eje, cuesta más moverlo, al igual que en el balancín, con lo cual no toda la fuerza que se aplica se transforma en torque. Si queremos tener un torque de 49Nm con una distancia al eje ce 0,25m, tendremos que aplicar una fuerza de 196N (196N x 0,25m = 49Nm).

Con lo cual, el torque, como decía la frase al principio, es "lo que siente uno al apretar el gas". Es la fuerza con la que se ataca al cigüeñal y que se va a transmitir a la rueda. Si puedo apretar con mucha fuerza los pedales, puedo notar mucho más el empuje cuando lo hago.

La potencia es más sencilla: es una relación directa entre el torque y las vueltas a las que puede ir el motor. De este modo, a más torque e igualdad de rpm (revoluciones por minuto), más potencia. P = Torque (Nm) x giros (rad/s). Para ejemplo, la bici de nuevo: si queremos subir una cuesta, necesitarmos una potencia X. Para llegar a ella, podemos: aplicar mucho torque a pocas revoluciones, o aplicar poco torque a muchas revoluciones. La aplicación práctica de esto se ve en los cambios de la bici: si quieres subir una cuesta y pones el plato grande, vas a pelear mucho para poder dar una pedalada, pero con pocas pedaladas vas a poder subir. Si pones plato pequeño, te va a costar menos dar la pedalada, pero vas a tener que dar más pedaladas si quieres que la bici suba. La manera de conseguir más potencia en una moto es similar: o tiene mucho par y gira a pocas vueltas, o con menos par le hacemos girar más rápido.

Con los siguientes pasos podéis calcular la potencia (teórica) de vuestra moto para verlo más fácilmente. En el sistema internacional, la potencia se mide en Watios (W), el torque en Nm y los giros en radianes por segundo (rad/s). Os pongo el ejemplo de mi Z800:

Torque: 83Nm

Máximo régimen de giro (rpm): 10.200 rpm

Máximo regimen de giro (rad/s): Para pasar de rpm a rad/s pasamos de minutos a segundos (dividimos entre 60) y de vueltas o revoluciones a radianes, sabiendo que cada vuelta son 2xpi radianes: 10.200 / 60 x 2 x 3,1415927 = 1068,1406rad/s

Potencia (W): 83 x 1068,14 = 88655,6698W

Potencia (cv): la relación Watios / Caballos de vapor es de 735,5. Los cv son distintos a los hp americanos. 88655,6698 / 735,5 = 120,53cv

Estos son los cv teóricos. La diferencia entre los 120 y los 113 que da reales al motor se deben a todos los elementos que impiden el movimiento de las piezas: rozamiento del pistón, de los engranajes...

Con lo cual, efectivamente, la potencia determina "cómo de rápido puedo ir", ya sea porque tengo mucha fuerza en las piernas, o porque puedo girarlas muy rápido.

Y ahora, la pregunta del millón: ¿Qué tengo que escoger? ¿Una moto con mucho torque o una moto con mucha potencia? Hemos obviado un tema que es el de las curvas de torque y potencia, o "dónde y cómo me entrega la moto el torque y la potencia". Una moto con mucho torque o potencia pero con una curva muy inclinada hace que cualquiera de las dos medidas se encuentren en puntos muy concretos del rango de revoluciones, y por lo tanto hace difícil sacarle el máximo provecho. Por el contrario, curvas planas hacen que el torque o la potencia estén, más o menos, igual de presentes en todas las revoluciones, de modo que se hace más fácil de llevar y más divertido a la larga. En mi opinión, el torque es lo que importa (tanto el torque en sí como en la curva de torque). Te va a dar una mejor respuesta al gas, mejores salidas de curva en la mayoría de los casos y mayores sensaciones que una moto con mucha potencia pero difícil de encontrar. Obviamente depende del uso: para circuitos internacionales donde tienes que correr, la potencia también importa. Pero para el uso común de disfrute de la moto, torque es sinónimo de diversión.

Especial mención a un artículo de minimotos donde explica con algo más de detalle la diferencia entre potencia y par.

http://www.minimoto.es/manuales_minimotos/mecanica_minimoto/par_minimoto.html

¡Vs!

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