Banda de poder - Power band
La banda de potencia de un motor de combustión interna o motor eléctrico es el rango de velocidades de operación bajo las cuales el motor o motor puede operar de manera más eficiente. Si bien los motores y los motores tienen un amplio rango de velocidades de funcionamiento, la banda de potencia suele ser un rango mucho más pequeño de velocidad del motor, solo la mitad o menos del rango total de velocidad 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 de motor de rango medio (alrededor de 4.000 RPM) donde se produce el par máximo , y termina cerca de la línea roja después de alcanzar la potencia máxima entre 5.000 y 6.500 RPM. Los motores diésel en automóviles y camiones pequeños pueden desarrollar un par máximo por debajo de 2000 RPM con el pico de potencia por debajo de 5000 RPM.
Aplicaciones
Una transmisión mecánica con una selección de diferentes relaciones de transmisión está diseñada para hacer disponible 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 cuidadosa selección de la marcha, un motor puede funcionar en su banda de potencia, en todas las velocidades del vehículo. Tal uso evita que el motor trabaje 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 compresión no es ideal. Por encima de esta velocidad, varios factores comienzan 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 un par alto y altas RPM.
En motores turboalimentados y sobrealimentados con potencial de 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 constante sin disminuir la potencia máxima.
Motores de gasolina
Las bandas de energía pueden superar las 14.000 RPM en motocicletas y algunos automóviles de carreras, como los de Fórmula Uno . Estas altas velocidades se alcanzan mediante el uso de pistones ligeros 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 reducen de manera similar 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 fabricado con inyección de combustible , controlado por computadora , de válvulas múltiples y opcionalmente equipado con sincronización variable de válvulas que utiliza un buen combustible puede lograr una flexibilidad notable en aplicaciones de automóviles, con suficiente par incluso a bajas revoluciones. velocidades del motor y una salida de potencia relativamente plana de 1.500 a 6.500 RPM, lo que permite una conducción fácil y un comportamiento de baja velocidad que perdona. Sin embargo, lograr la máxima potencia para una fuerte aceleración o una alta velocidad en la carretera aún requiere altas RPM. Aunque la banda de potencia literal cubre la mayor parte del rango de RPM de funcionamiento, 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 produce 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 la velocidad de ralentí del motor.
Motores diesel
Un diésel típico de carretera ("alta velocidad") tiene una banda más estrecha, que genera un par máximo a RPM más bajas (a menudo, de 1.500 a 2.000 RPM), pero también con una caída más pronunciada por debajo de este, y alcanza una potencia máxima de alrededor de 3500-4500 RPM, nuevamente perdiendo fuerza rápidamente por encima de esta velocidad. Los motores diesel turboalimentados con turbo lag (banda de potencia estrecha y exagerada intrínseca a la mayoría de los motores turboalimentados) pueden mostrar esta característica de manera aún más marcada. 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 quedar "atascado" en lugares planos.
Los motores diésel más grandes en locomotoras y algunas embarcaciones utilizan propulsión diésel-eléctrica. Esto elimina las complejidades de un engranaje extremadamente bajo, como se describe a continuación.
Los motores diesel más grandes ("de baja velocidad") —generadores grandes en tierra y diesel marinos en el mar— pueden girar a solo cientos de RPM o incluso menos, con velocidades de ralentí de 20-30 RPM. Estos motores suelen ser motores diésel de dos tiempos .
Motor electrico
Los motores eléctricos son únicos en muchos sentidos, especialmente cuando se trata de 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 detiene) y cae a mayores RPM. Para motores de inducción conectados a una fuente de CA de frecuencia fija (más común en aplicaciones grandes), el par máximo generalmente está 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 revoluciones por minuto, el par suele ser ligeramente inferior. Los motores síncronos se pueden utilizar sólo a una velocidad síncrona de la fuente de CA. En aplicaciones modernas, se utilizan motores síncronos y de inducción con control electrónico de la frecuencia, por ejemplo, motores eléctricos de CC 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 que se encuentra en el 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 de 14000 RPM. De hecho, otros motores eléctricos pueden producir un par máximo en todo su rango de funcionamiento, aunque su velocidad máxima de funcionamiento puede estar limitada para mejorar la fiabilidad.
Turbinas de gas
En comparación, las turbinas de gas operan a RPM extremadamente altas y exhiben bandas de potencia estrechas y poca capacidad de aceleración y respuesta del acelerador.