Quer você esteja comprando um carro novo ou construindo um hot rod em sua garagem, dois fatores entram em jogo ao determinar o desempenho do motor: potência e torque. Se você é como a maioria dos mecânicos de DIY ou entusiastas de automóveis, você provavelmente tem uma boa compreensão da relação entre cavalos de potência e torque, mas pode lutar para compreender como esses números de "pé de libra" são alcançados. Acredite ou não, não é tão complexo assim.
Antes de ficarmos muito técnicos, vamos detalhar alguns fatos e definições simples que facilitam a compreensão de por que tanto a potência quanto o torque são fatores importantes a serem considerados. Devemos começar definindo os três elementos de medição do desempenho de um motor de combustão: velocidade, torque e potência.
Parte 1 de 4: Entendendo como a velocidade, o torque e a potência do motor afetam o desempenho geral
Em um artigo recente da revista Hot Rod, um dos maiores mistérios do desempenho do motor foi finalmente descoberto, voltando ao básico de como a potência do motor é realmente fatorada. A maioria das pessoas assume que os dinômetros (dynos do motor) são projetados para medir a potência de um motor.
Na realidade, os dinômetros não medem a potência, eles medem o torque. Esse valor de torque é multiplicado pelo RPM e é medido e dividido em 5.252 para produzir uma figura de potência.
Por mais de 50 anos, os dinômetros usados para medir o torque e a rotação do motor simplesmente não conseguiam suportar a intensa potência produzida por esses motores. De fato, um cilindro nesses cilindros de 500 polegadas cúbicas, o nitisetano que queima Hemis, produz cerca de 800 libras de empuxo através de um único tubo de escape.
Todos os motores, sejam de combustão ou alimentados eletricamente, operam em velocidades diferentes. Na maioria das vezes, quanto mais rápido um motor concluir seu ciclo ou potência, mais energia ele produzirá. Em relação a um motor de combustão, os três elementos que afetam o desempenho geral desse motor são velocidade, torque e potência.
A velocidade é definida pela rapidez com que o motor realiza seu trabalho. Quando aplicamos a velocidade do motor a um número ou unidade de medida, calculamos a velocidade do motor em rotações por minuto ou RPM. O "trabalho" que o motor realiza é uma força aplicada sobre uma distância medida. O torque é definido como um tipo especial de trabalho que produz rotação. Isso ocorre quando uma força atua em um raio (ou, para um motor de combustão, o volante) e é tipicamente medida em libras-pé.
Horsepower é a taxa na qual o trabalho é realizado. Nos velhos tempos, se os objetos precisassem ser movidos, os humanos normalmente usavam um cavalo para movê-lo. Estimou-se que um cavalo poderia mover aproximadamente 33.000 libras por minuto. É aqui que o termo "potência" se origina. Diferente da velocidade e do torque, a potência pode ser medida em várias unidades, incluindo: 1 HP = 746 Watts, 1 HP = 2.545 BTUs e 1 HP = 1.055 joules.
Esses três elementos trabalham juntos para produzir potência do motor. Como o torque permanece constante, a velocidade e a potência permanecem proporcionais. No entanto, à medida que a velocidade do motor aumenta, a potência também aumenta para manter o torque constante. Onde muitas pessoas se confundem, no entanto, é como o torque e a potência do motor afetam a velocidade do motor. Muito simplesmente, à medida que o torque e a potência aumentam, também aumenta a velocidade do motor. O inverso também é verdadeiro: quando o torque e a potência diminuem, o mesmo acontece com a velocidade do motor.
Parte 2 de 4: Como os motores são construídos para maximizar o torque
O moderno motor de combustão pode ser alterado para aumentar a potência ou o torque, manipulando o tamanho ou o comprimento da biela e aumentando o diâmetro ou o diâmetro do cilindro. Isso é muitas vezes referido como a taxa de furo / braçada.
O torque é medido em metros de Newton. Em termos simples, isso significa que o torque é medido em um movimento circular de 360 graus. Nosso exemplo usa dois motores idênticos que possuem o mesmo tamanho de furo (ou o diâmetro do cilindro de combustão). No entanto, um dos dois motores tem um "curso" mais longo (ou a profundidade do cilindro como produzido por uma haste de conexão mais longa). O motor com o curso mais longo tem movimento mais direto enquanto gira através da câmara de combustão e tem mais alavancagem para realizar a mesma tarefa.
O torque é medido em libras-pés ou quanto "força de torção" é aplicada para completar uma tarefa. Por exemplo, imagine que você está tentando soltar um ferrolho enferrujado. Vamos supor que você tenha duas chaves inglesas diferentes, uma com 2 'de comprimento e a outra com 1' de comprimento. Supondo que você aplique a mesma quantidade de força (neste caso, 50 libras de pressão), você está realmente aplicando 100 libras-pé de torque para a chave de dois pés (50 x 2) e apenas 50 libras. de torque (1 x 50) com a chave de um pé. Qual chave irá ajudá-lo a soltar o parafuso mais fácil? A resposta é fácil - aquela com mais torque.
Os engenheiros desenvolvem um motor para produzir uma relação de torque e potência mais alta para veículos que precisam de “potência” extra para acelerar ou escalar. Normalmente, você vê classificações de torque mais altas para caminhões de serviço pesado usados em aplicações de reboque ou motores de alto desempenho onde a aceleração é crítica (como o exemplo do NHRA Top Fuel Engine mencionado acima).
É por isso que os fabricantes de automóveis freqüentemente destacam o alto potencial de torque dos motores nos comerciais de caminhões. O torque do motor também pode ser amplificado mudando o tempo de ignição, ajustando o ar para misturas de combustível e até mesmo manipulado para aumentar a produção de torque durante certos cenários.
Parte 3 de 4: Entendendo outras variáveis que impactam a classificação geral de torque de um motor
Quando se trata de medir o torque, existem três variáveis únicas dentro do motor de combustão que você deve considerar:
A força criada em uma rotação específica: Esta é a potência máxima do motor produzido em uma rotação desejada. Quando um motor acelera, há uma curva de RPM ou de potência. À medida que a rotação do motor aumenta, a potência também aumenta, até atingir o nível máximo.
A distância: Este é o comprimento do curso da biela: quanto mais longo o curso, mais torque é criado como explicamos acima.
A constante do torque: Este é um número matemático que é atribuído a todos os motores, 5252 ou a constante RPM, onde a potência e o torque são balanceados. O número 5252 foi derivado da observação de que um cavalo de potência era equivalente a 150 libras que cobriam 220 pés em um minuto. Para expressar isso em libras de torque, uma fórmula matemática foi introduzida por James Watt, que inventou o primeiro motor a vapor.
A fórmula é a seguinte:
Supondo que a força de 150 libras é aplicada a um pé de um raio (ou círculo que é encontrado dentro do cilindro de um motor de combustão, por exemplo), você teria que converter isso para 1kg de torque.
220 pés em um minuto precisam ser extrapolados em revoluções por minuto. Para fazer isso, você tomaria duas vezes Pi (ou 3,141593), o que equivale a 6,283186 pés. Pegue 220 pés e divida por 6,28 e obtemos um RPM de 35,014 para cada revolução.
Pegue os 150 pés e multiplique as vezes 35.014 e você obtém 5252.1 - que é a nossa constante que é levada em consideração para medir os quilos de torque.
Parte 4 de 4: Como calcular o torque de um veículo
A fórmula para descobrir o torque é torque = potência do motor x 5252, que é então dividido pelos RPMs.
O problema com o torque, no entanto, é que ele é medido em dois lugares diferentes: diretamente do motor e das rodas motrizes. Outros componentes mecânicos que podem aumentar ou diminuir as classificações de torque para as rodas incluem: tamanho do volante, relações de transmissão, relações de transmissão do eixo de tração e circunferência do pneu / roda.
Para descobrir o torque na roda, todos esses itens devem ser considerados na equação, o que é melhor deixar para um programa computadorizado incluído em um dinamômetro de desempenho. Neste tipo de equipamento, o carro é colocado em um rack e os pneus são colocados ao lado de uma série de rolos. O motor é conectado a um computador que monitora a rotação do motor, a curva de combustível e as relações de transmissão. Esses números são fatorados com a velocidade da roda, aceleração e deslocamento de RPM, como o veículo é conduzido no dyno por um período de tempo desejado.
O cálculo do torque do motor é muito mais fácil de determinar. Seguindo a fórmula acima, fica claro como o torque do motor é proporcional à potência e à rotação do motor, conforme explicado na primeira seção. Usando essa fórmula, você pode descobrir as classificações de torque e potência em cada ponto da curva de rotação. Você precisa ter os números de potência do motor que são produzidos pelo fabricante do motor para calcular o torque.
Calculadora de torqueAlgumas pessoas utilizam uma calculadora on-line, oferecida pela MeasureSpeed.com, que exige que você insira as potências nominais máximas do motor (fornecidas pelo fabricante ou completadas durante um dyno pull de motor profissional) e o RPM desejado.
Se você perceber que o desempenho do seu mecanismo se esforça para acelerar e não tem o poder que você acha que deveria, tenha uma das mecânicas certificadas do Vermin-Club para realizar uma inspeção para determinar a origem do problema.