Cómo y por qué la temperatura y la presión barométrica afectan a la potencia de un motor

Escrito por richard rowe | Traducido por mike tazenda
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Cómo y por qué la temperatura y la presión barométrica afectan a la potencia de un motor
La potencia de un motor depende de la temperatura y la presión. (Jupiterimages/liquidlibrary/Getty Images)

La potencia depende de poder atraer tanto oxígeno como sea posible hacia el motor, y tanto la temperatura como la presión son elementos claves para el contenido de oxígeno en el aire. Por esta razón, estos dos factores son tan importantes a la hora de probar y ajustar motores, y también es el por qué de que la operación inescrupulosa de dinamómetros puede alterar enormemente los resultados de las pruebas modificando ligeramente uno de los dos factores a la hora de ingresar los datos.

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Bases de un motor

Que el motor logra potencia al quemar combustible es algo axiomático en este punto, pero para comprender cómo la temperatura y la presión afectan a la potencia, primero debes comprender qué es quemar. "Quemar" es un proceso conocido como combustión en química, una reacción que involucra una combinación de combustible con algún tipo de oxidante (ya sea oxígeno o una sustancia que contiene gas oxígeno) de forma exotérmica, es decir, una reacción que produce calor. La cantidad de combustible que se puede quemar depende enteramente de la cantidad de oxígeno presente, lo cual hace que el medio que contiene oxígeno, el aire, sea el reactivo limitante en la reacción de combustión.

Por qué la presión afecta a la potencia

El aire es muy ligero, pero tiene masa. Normalmente no nos damos cuenta del peso del aire porque estamos muy acostumbrados a él, peor una columna de aire de 300 millas (480 km) de aire presionando hacia abajo desde una gran altura con la fuerza de gravedad, en realidad ejerce bastante presión, alrededor de 14,7 psi (101,3 hPa). Pero aquí no termina la historia, porque como el aire es un gas compresible, los átomos de oxígeno a menores elevaciones se aproximan más unos a otros por el peso del aire por encima. El aire a mayor presión contiene más moléculas de oxígeno por pie cúbico que el aire a menor presión. Este es el principio guía detrás de los supercompresores y turbocompresores: incrementa la presión en la toma del motor, e incrementarás el número de moléculas de oxígeno que caben a través de los puertos.

Por qué la temperatura afecta a la potencia

La temperatura y la presión tienen una relación cercana, en la que la densidad del oxígeno está involucrada. La temperatura en realidad es una medida de energía cinética en escala molecular o atómica: cuanto más rápido se mueven los átomos o moléculas, más fuerte impactarán sobre cualquier cosa que se interponga en su camino, transmitiendo más energía. Al efecto nuevo de esta bolsa de átomos en movimiento "calor". Si tomas un volumen dado de aire, con una cantidad de energía calórica contenida en él, y lo comprimes a la mitad de su tamaño original, entonces toda la energía se concentra en un área más pequeña. Ésto es un aumento de temperatura debido a la compresión. Contrariamente, si duplicas la cantidad de calor en un área dada, el gas se expandirá, ocupando aproximadamente el doble del espacio. Por lo tanto el aire caliente contiene menos moléculas de oxígeno que el aire frío a una presión dada.

Cómo afectan la potencia

Comencemos con la presión, ya que es la más sencilla de comprender. Todos los motores de aspiración normal están calibrados para producir el 100% de su potencia a la presión a nivel del mar, que es 14,7 psi (101,3 hPa). De modo que para determinar cómo un aumento o caída de 1 psi (7 hPa) afecta a la potencia, sólo necesitas dividir 100 por 14,7 para obtener un porcentaje por cada psi. De esta forma, resulta que existe un 6,8% de incremento en la potencia por cada aumento de la presión barométrica en 1 psi, y un 6,8% de caída en la potencia por cada psi por debajo de 14,7 (presión ambiental al nivel del mar). Pero eso asumiendo que el calor se mantiene constante, lo cual no ocurre cuando comprimes o descomprimes un gas. Por cada aumento de 10 a 11° F (5°C) en la temperatura de la toma de aire por encima de los 77°F ó 25°C (según el test estándar de corrección de la temperatura SAE J1349), puedes esperar que la potencia del motor se reduzca alrededor del 1%, a la misma presión barométrica.

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