Cómo calcular la potencia en caballos de fuerza o vatios, qué significan estos términos y por qué son importantes.
Paso
Paso 1. Repase los conceptos básicos
La palabra poder se define como el intervalo de tiempo para realizar un trabajo. Mientras tanto, trabajo es un término antiguo para medir qué tan efectiva es una fuerza aplicada para mover un objeto inerte o enfrentar un obstáculo u otro obstáculo y cubrir una distancia.
- El punto aquí es que para hacer "trabajo", una fuerza debe viajar una distancia. Por ejemplo, si una hélice con una fuerza de 300 N mueve un barco en el agua 80 m, entonces el trabajo realizado es FUERZA x DISTANCIA = 300 x 80 = 24,000 "Nm / Joule" --- por lo que se puede decir que la hélice la hélice ha realizado 24.000 julios de trabajo.
- Considere el tiempo que tomará mover el barco esa distancia. Suponga que el barco viaja esta distancia a una velocidad de 20 m por segundo (m / s). Para cubrir una distancia de 80 m, el barco tarda 80/20 = 4 segundos. Entonces, la hélice del barco hace 24,000 julios de trabajo en 4 segundos, por lo que la potencia se aplica a una velocidad de 24,000 / 4 = 6,000 julios por segundo (J / s).
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Comprende los antecedentes históricos del momento. En los días anteriores a que los motores de gasolina y la energía de vapor se usaran para impulsar los primeros trenes y barcos (el primer barco en usar una hélice fue el HMS Britain, cuyo primer viaje tuvo lugar en 1846 y usó una hélice con 6 palas, que parece un molino de viento), los caballos realizan un trabajo muy arduo y variado. Excepcionalmente, las personas miden cuánto esfuerzo puede hacer un caballo y calculan el tiempo. Después de buscar el promedio de varias pruebas, decidieron 746 J / s como la tasa estándar de trabajo realizado por un caballo sano. Más tarde, este estándar se conoció como "caballos de fuerza". 746 julios por segundo en un caballo de fuerza (hp). Esto sigue siendo cierto hoy.
746 X 60 = 44,760 julios por minuto, que es igual a: un hp
- Otra unidad universal de potencia, ahora generalmente limitada a equipos electrónicos y eléctricos y basada en el sistema métrico MKS (metro-kilogramo-segundo / segundo), es el "vatio". Si un Newton de fuerza recorre una distancia de un metro, entonces se ha realizado un julio de trabajo; si la fuerza tarda un segundo en hacer un julio de este trabajo, entonces el consumo de energía es de un vatio. Entonces, un vatio es un julio por segundo.
Paso 2. Considere la industria que lo necesita en este momento
En la mayoría de los casos en la industria, trabajamos con máquinas rotativas y no con máquinas de movimiento recto como un caballo arando con una grada en 160.000 m² de terreno. Entonces, deberíamos poder determinar la potencia de salida de cosas como motores eléctricos, máquinas de vapor, turbinas, diesel, etc., y así, conocemos el tema del torque.
- El par es una medida de la tendencia a cambiar de dirección o rotar algo o dar movimiento de rotación a un objeto en algunos ejes. Si presiona el mango de una palanca de cinco metros con una fuerza de 20 Newtons, está aplicando un par de torsión de 5 X 20 = Newton-metros.
- Ahora, aquí está la dificultad y puede generar confusión. Para calcular el trabajo lineal en línea recta, multiplica la fuerza por el desplazamiento. Nuevamente, está multiplicando la fuerza en las mismas unidades que el desplazamiento, pero en este caso el desplazamiento es el "brazo de palanca" y aunque está produciendo torque, a menos que algo esté girando, no hay movimiento y, por lo tanto, no hay trabajo.
- El trabajo y el par, aunque parecen medirse en la misma unidad, en realidad son muy diferentes. No se realiza ningún trabajo antes de que el par produzca la rotación real y, por lo tanto, no se utiliza energía.
- El trabajo se mide en julios (J) mientras que el par se mide en Newton.metros (Nm) para diferenciar entre los dos.
Paso 3. Mida el trabajo si hay algún movimiento o "desplazamiento" rotacional
Suponga que una palanca está firmemente bloqueada en su punto de apoyo que termina en un eje y su mano, aplicando 20 N de fuerza como antes, recorre una distancia de dos metros a lo largo del círculo representado por la palanca de cinco metros, luego se realiza el trabajo, como en el caso de una línea recta arriba, arriba, igual a la fuerza por el desplazamiento o 20 X 2 = 40 Newton metros. Suponga que está multiplicando y dividiendo simultáneamente este número por la palanca o "brazo de palanca" de 5 metros de largo. Obviamente, esto no cambiará el resultado, por lo que puede escribir:
- Trabajo = 5 x 20 x 2/5 y el resultado es 40 julios como antes, pero ¿está 5 x 20 por encima de eso? Acabas de ver que es torque.
- ¿Qué es "2/5"? El desplazamiento lineal de 2 metros dividido por el brazo de palanca le indica cuánto giró el eje en unidades angulares llamadas radianes. Un radián, utilizado universalmente en física e ingeniería mecánica, se define como el ángulo entre dos radios de un círculo, de manera que los puntos en la circunferencia de un círculo donde los dos radios se cruzan, están separados por la longitud de los radios del círculo. Este cálculo es muy cercano a 57 grados o también es el ángulo formado en el centro del círculo por un arco que es igual al radio del círculo en la circunferencia del círculo.
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Entonces se puede decir que el trabajo realizado por un torque que produce un desplazamiento rotacional (theta) radianes es igual al torque (L)
- veces el desplazamiento rotacional o
- trabajo = L X theta en julios
Paso 4. Observe que está mucho más interesado en la cantidad de caballos de fuerza en la rotación del motor y el motor, es decir, el intervalo de tiempo para realizar el trabajo de rotación:
- potencia de rotación = par X desplazamiento angular (radianes) / tiempo (segundos)
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En física, la velocidad angular se escribe en radianes por segundo, pero cualquier motor o motor de avión o barco que veas siempre se mide en r.p.m (revoluciones por minuto), así que tenemos que cambiar eso.
- Una revolución por minuto (rpm) = 60 revoluciones / segundo = 60 rps, pero una revolución por segundo = 2 X pi radianes por segundo
- Entonces, la potencia en julios por segundo de un aparato giratorio, que produce un par, L, y gira a una velocidad S rpm, es
- Potencia = S / 60 X (2 pi) X L en J / sy como se escribió anteriormente, para convertirlo en caballos de fuerza, debes dividir por 746 o
- Caballos de fuerza del motor = (2 pi) /44.760 X L X S donde L es el par medido en Newton metros (generalmente con un freno Prony) y S es la velocidad de rotación en r.p.m que se puede medir con un contador, estroboscopio, láser, etc. De esta manera, las curvas de rendimiento de los motores de automóviles y motocicletas se pueden representar en forma de un gráfico de par frente a r.p.m. y potencia (CV) frente a la velocidad del motor en r.p.m. y los técnicos automotrices pueden ver su desempeño óptimo en estos gráficos.
