Cómo calcular la potencia en caballos o vatios, significado de los términos y su importancia.

Pasos

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Revisa los esenciales. La palabra "energía" se define como la frecuencia de trabajo. También se conoce como el término histórico que mide una fuerza aplicada en el movimiento de un objeto inerte, algún otro obstáculo o resistencia y cómo reacciona en cuanto a distancia.
- Lo importante aquí es que con el fin de realizar el "trabajo", una fuerza debe actuar sobre cierta distancia. Por ejemplo, si el empuje de una hélice de 300 libras mueve un barco en el agua, a una distancia de 80 pies; el trabajo realizado es de FUERZA x DISTANCIA = 300 X 80 = 24,000 “pie- libras” --- se establecería que la hélice ha realizado 24.000 pie-libras de trabajo.
- Examina el tiempo que se llevó mover el barco esa distancia. Supongamos que el barco se movió esa distancia a la velocidad de 20 pies por segundo (m / seg). Para abarcar 80 pies se tomó 80/20 = 4 segundos. Por lo tanto, la hélice del barco realizó 24.000 pie-libras de trabajo en 4 segundos, por lo que la energía se ejerció en un intervalo de 24.000 / 4 = 6.000 pie-libras por segundo.
- Entiende el contexto histórico hasta el día de hoy. En los tiempos pasados, los motores de gasolina y la energía de vapor fueron usados para impulsar los primeros trenes y barcos (el primer barco impulsado por hélice fue el HMS británico, cuyo primer viaje fue en 1846, utilizando una sola hélice de seis palas que parecía un molino de viento), los caballos ejecutaban una inmensa cantidad y variedad de labores. Por esta razón, la gente medía la cantidad de trabajo de un caballo y calculaba su tiempo. Después de promediar una serie de pruebas, se estableció la cifra de 550 libras-pie/seg como la tasa estándar del trabajo de un caballo en salud razonable. De esa forma, se dio a conocer el "caballo de fuerza". 550 pie-libras por segundo se convirtieron en un caballo de fuerza (hp). Esto sigue siendo así hasta el día de hoy.
  - 550 X 60 = 33,000 pie-libras por minuto, que es exactamente lo mismo a un caballo de fuerza.
- Otra unidad de potencia universalmente utilizada y generalmente restringida a los equipos electrónicos y eléctricos, basada en el sistema métrico MKS (metro-kilogramo-segundo) es el "vatio". Si un newton de fuerza opera sobre una distancia de un metro, se ha realizado un joule de trabajo. Si se requiere de un segundo para realizar un joule de trabajo, el consumo de energía es un vatio. Esto indica que un vatio es un joule por segundo.
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Considera las necesidades de la industria actual. En la mayoría de los casos en la industria, se trata con máquinas rotativas en lugar de movimiento lineal, como un caballo de arado trabajando una grada en su posición más baja. Así que debemos calcular la potencia de salida de las cosas como motores eléctricos, motores de vapor, turbinas, motores diésel, etc. y así llegar al par de torsión.
- El par de torsión es una medida de la tendencia a girar o retorcer algo, o de impartir movimiento de rotación alrededor de un eje. Si empujas hacia abajo la manija de una palanca de cinco pies con una fuerza de 20 libras, entonces estás aplicando un par de torsión de 5 X 20 = 100 libras-pie.
- Ahora aquí está el problema y puede crearte una confusión considerable. Con el fin de calcular el trabajo lineal en una línea recta, se multiplica la fuerza por la distancia recorrida. En este caso también se multiplica la fuerza en las mismas unidades, por la distancia; pero la distancia es el movimiento de "palanca" y aunque estás creando par, a menos que algo gire, no existe movimiento y por lo tanto tampoco trabajo.
- Trabajo y par de torsión, aunque parecen medir las mismas unidades son diferentes en realidad. Si el par no produce verdadera rotación, no hay trabajo hecho y por lo tanto no se consume energía.
- El trabajo se mide en pie-libras mientras que el par se mide en libras-pies para reconocer la diferencia.
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Mide el trabajo cuando hay un movimiento de rotación o "desplazamiento".Supongamos que la palanca está fija rígidamente en su extremo punto de apoyo a un eje y tu mano, aplicando las 20 libras de fuerza como antes, se mueve una distancia de dos pies a lo largo del círculo descrito; por la palanca de cinco pies. Entonces el trabajo realizado es, al igual que en el caso de la línea recta previa, igual a la fuerza por la distancia recorrida o 20 X 2 = 40 pies-libras. Supongamos que multiplicas y divides al mismo tiempo esta cifra por 5 pies, que es la longitud de la palanca o "brazo de palanca". Obviamente, esto no cambia el resultado, por lo que puedes escribir:
- Trabajo = 5 X 20 X 2/5 y de igual forma dar como resultado 40 pie-libras como antes, pero ¿Qué son los 5 X 20 previos? Acabas de ver que era el par.
- ¿Qué es "2/5"?. El desplazamiento lineal de 2 pies dividido por el brazo de palanca indica qué tan lejos rotó el eje en unidades angulares conocidas como radianes. Un radián, usado universalmente en física e ingeniería, se define como el ángulo entre el radio de un círculo de forma que los puntos de la circunferencia del círculo, donde se cruzan los dos radios se separen por la longitud del radio del círculo. Esto resulta alrededor de 57 grados o, alternativamente, es el ángulo formado al centro del círculo por un arco en la circunferencia igual al radio del círculo.
- Por lo tanto, se puede decir que el trabajo realizado por un par produce un desplazamiento rotacional de (theta) radianes, que es igual al par (L)
  - Multiplicación del desplazamiento rotacional o
  - trabajo = L X theta en pie libras
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Toma en cuenta que son de más interés los caballos de fuerza rotacional de motores, para saber el intervalo de tiempo de hacer el trabajo rotacional y decir:
- Potencia rotacional = par de torsión X desplazamiento angular (radianes) / tiempo (segundos)
- En física, la velocidad angular es en radianes por segundo, pero cualquier motor de avión o barco, u otro que veas, siempre será clasificado en rpm así que es necesario convertir.
  - Una revolución por minuto (rpm) = 60 revoluciones / segundo = 60 rps, pero una revolución por segundo = 2 x pi radianes por segundo
  - Por lo tanto, la energía en pie-libras por segundo de un aparato de rotación que produce un par de torsión, L, y que gira a S rpm, sería entonces
  - Energía = S/60 X (2 pi) X L en pie-lb/seg y según lo anterior, con el fin de conseguir la fuerza en caballos se tendría que dividir por 550, o
- Caballos de fuerza del motor = (2 pi) / 33,000 X L X S donde L es el par medido en pies-libras (generalmente por medio de un freno de Prony) y S es la velocidad rotacional en rpm que puede medirse por contadores, luces estroboscópicas, láseres, etc. De esta forma, las curvas de rendimiento de motores de automóviles y motocicletas se representan gráficamente como par de torsión comparado en rpm y energía (hp) comparado con la velocidad del motor en rpm, y los ingenieros automotrices puedan ver que el rendimiento óptimo es de estas gráficas.
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