Qué es el par motor del coche y cómo se calcula

A la hora de comparar los motores de dos vehículos, solemos centrarnos únicamente en la medida con la que se expresa la potencia, que son los caballos. Sin embargo, no es lo único en lo que deberíamos fijarnos. El par motor es otra medida igual de importante, aunque casi nunca recibe la atención que se merece.

A pesar de que el par es un concepto fundamental a la hora de analizar motores, no solemos profundizar mucho en él porque es bastante complejo de explicar y entender. Para comprender lo que significa, hay que echar mano, sí o sí, de la física. En el artículo de hoy vamos a explicar de la forma más sencilla posible qué es el par motor de un propulsor, cómo afecta a la hora de conducir y qué medida se usa para expresarlo.

¿Qué es el par motor?Otras medidas del par motorCómo funciona el par en el motor de combustiónFactores que afectan al par en el motor de combustión¿Cómo se relaciona el par motor con la potencia?Par motor vs. par a la rueda¿Para qué sirve tener más par motor en un vehículo?¿Cómo funciona el par en los motores eléctricos?

¿Qué es el par motor?

Solemos llamarlo par motor, par de giro o torque. Podríamos definirla de forma simple como la fuerza rotacional que produce un motor. Este concepto es fundamental en la mecánica de automóviles y también en la maquinaria, ya que determina la capacidad del motor para realizar trabajo y mover el vehículo.

Dicho así, parece fácil de entender, pero el concepto tiene más miga. Las fuerzas en el Sistema Internacional se miden el newton (N). Sin embargo, el par no se mide como una fuerza normal, puesto que es una fuerza rotacional.

En términos físicos, el par motor se define como el momento de una fuerza respecto a un punto de giro. Para comprender concretamente cómo funciona el par motor, es necesario que visualicemos las fuerzas rotacionales como una palanca. Con esta idea en mente, la fórmula del par es la siguiente:

Par = Fuerza * Distancia

La fuerza es la intensidad, medida en newton (N), que se aplica de forma lineal sobre la palanca. Por ejemplo, la intensidad con la que aplicas fuerza a los pedales de una bicicleta.La distancia, por otro lado, es la longitud del brazo de la propia palanca. Esto lo medimos en metros (m). Siguiendo con el ejemplo de la bicicleta, esta distancia sería la longitud de la biela sobre la que ejercemos el pedaleo.

Sabiendo que el par es una medida que combina newton y metros, podemos llegar a los mismos valores en función de la fuerza aplicada y la longitud de la palanca:

Si aplicamos 100 newtons de fuerza sobre una palanca de 1 metro, tendremos 100 N·m de par.Con una palanca más corta (0,5 metros), tendremos que aplicar 200 newton para conseguir esos mismos 100 N·m de par.El juego también nos sirve al contrario. Si tenemos una palanca de 2 metros, tan solo necesitaremos aplicar 50 newtons para conseguir los 100 N·m de par.

Si te cuesta entender esto, visualiza una puerta, que es, probablemente, el ejemplo que usan todos los profesores de física de este mundo. Puedes desplazarla completamente aplicando presión con un solo dedo si te vas al extremo más separado del eje. Sin embargo, si te pegas el eje, es posible que no seas capaz de abrirla ni haciendo fuerza con todo tu cuerpo.

Otras medidas del par motor

Nos hemos centrado en el newton-metro (N·m), que es la unidad que se usa en el Sistema Internacional y la que más vas a ver si buscas información de vehículos en español.

La otra medida que se usa para expresar el par motor es la libra-pie (lb·ft). La fórmula es la misma, solo que utilizando los valores expresados en estas medidas del Sistema Imperial.

Cómo funciona el par en el motor de combustión

Vayamos ahora al motor de combustión, que no deja de ser una máquina que hace un movimiento lineal y que acaba transformando ese movimiento en una fuerza rotacional en el cigüeñal:

El ciclo del motor de combustión comienza con la explosión de la mezcla aire-combustible en la cámara de combustión. Esta explosión genera una fuerza lineal que empuja el pistón hacia abajo.El pistón está conectado a la biela mediante un bulón. La fuerza lineal del pistón se transmite a la biela, que actúa como una palanca.La biela convierte el movimiento lineal del pistón en un movimiento rotatorio, empujando el cigüeñal.El cigüeñal, que tiene un diseño en forma de codo, gira debido a la fuerza aplicada por la biela.

Con esta información, ya podemos aplicar la fórmula. El par motor sería la fuerza que la biela es capaz de ejercer sobre el cigüeñal multiplicado por la longitud del brazo del cigüeñal.

En términos matemáticos:

Par Motor = Fuerza de la biela * Longitud del brazo del cigüeñal

Lo único que hay que precisar aquí es que la fuerza que aplica la biela a lo largo del ciclo del motor va variando. Es máxima justo después de la explosión y mínima en los puntos muertos superior e inferior del pistón. Por esta razón, cuando hablamos de par motor, generalmente nos referimos al par medio a lo largo de un ciclo completo, no al par máximo instantáneo.

Factores que afectan al par en el motor de combustión

Hay una serie de factores del diseño de un motor que influyen directamente en la capacidad de generar más o menos par. Son los siguientes:

Volumen de los cilindros: cuanto más grande sean los cilindros de un motor, más par podrá producir. Al haber más espacio, podrá introducirse mayor cantidad de mezcla aire-combustible, lo que dará como resultado una explosión más potente. Eso sí, esto tiene su contraparte. Los cilindros más grandes también pueden aumentar el peso del motor y reducir su capacidad para alcanzar altas revoluciones. Este es el motivo por el que los motores diésel tienen mucho par, pero no suben de 4.500 o 5.000 revoluciones.Relación de compresión: al comprimir más la mezcla aire-combustible, se aumenta la presión y temperatura en la cámara de combustión, lo que lleva a una explosión más potente. Los motores diésel, que típicamente tienen relaciones de compresión más altas que los de gasolina, suelen producir más par a bajas revoluciones.Diseño del cigüeñal: siguiendo la fórmula, la longitud del brazo del cigüeñal afecta directamente al par. Sin embargo, conseguir mayor par no es tan fácil como alargar este elemento. Hacer un brazo más largo puede aumentar las fuerzas de inercia y las vibraciones del motor —por eso los diésel vibran mucho más que los motores de gasolina—. El diseño del cigüeñal también afecta al equilibrio del motor y a su capacidad para alcanzar altas revoluciones.Sobrealimentación del motor: por último, usar un turbocompresor o un sobrealimentador va a permitir que podamos aumentar y mantener el par motor, ya que forzarán la entrada de oxígeno a los cilindros. Un tanto de lo mismo ocurre con la propia distribución, que administra los tiempos del motor y orquesta la admisión y el escape.

¿Cómo se relaciona el par motor con la potencia?

La potencia de un vehículo no se entiende sin el par. Son indisociables, pues la potencia depende fundamentalmente de la fuerza de giro y el número de revoluciones. Pongamos un ejemplo bastante visual: un ciclista que va a ganar una etapa del Tour de Francia y que va pedaleando en pleno sprint a lo máximo que dan sus piernas. Y, por otro lado, un utilitario de gasolina que conducimos con el pie completamente a tabla —en circuito, señor agente—.

Un ciclista profesional en pleno sprint puede aplicar 800 newtons sobre los pedales como máximo. La biela de una bicicleta de este tipo suele medir unos 0,17 metros. Aplicando la fórmula, podemos calcular que este deportista hipotético ejerce un par de 136 Nm. Suponiendo que pedalea a 100 revoluciones por minuto, podemos calcular la potencia. Para ello, aplicaremos la fórmula de la velocidad angular (que es hacer una conversión de revoluciones a radianes). Obtendremos 1.424 vatios, que equivalen a 1,90 CV.

Respecto al utilitario de gasolina, marca en ficha que su motor desarrolla también 136 Nm. Sin embargo, el coche es muchísimo más potente que el ciclista. A pesar de que el par es el mismo, nuestro coche puede girar hasta las 6.000 RPM. Aplicando la misma fórmula, obtendremos que el coche tiene una potencia de 85.450 vatios, que equivalen a unos 115 CV aproximadamente.

Con este ejemplo en el que el par es el mismo entre dos vehículos diferentes, podemos ver la relación que hay entre ambos conceptos. La potencia no deja de ser un producto entre el par y la velocidad angular.

Par motor vs. par a la rueda

Hasta ahora hemos obviado algo muy evidente, y es que el motor no actúa directamente sobre las ruedas. Cuando hablamos de par motor, nos referimos al trabajo que se produce en el cigüeñal. Sin embargo, se puede hablar también de la fuerza de torsión que se aplica a las ruedas. En esta medida intervienen dos factores clave:

Relación de transmisión: el par a la rueda es influenciado significativamente por la relación de transmisión del vehículo, que incluye la transmisión (es decir, la caja de cambios) y el diferencial. La relación de transmisión puede multiplicar o reducir el par motor antes de que llegue a las ruedas.Multiplicación de torque: funciona de la siguiente forma:Cuando hay una relación de transmisión más baja (una marcha más baja) multiplicará el par motor, resultando en un mayor par a la rueda, lo cual es útil para la aceleración y la tracción.Por otro lado, una relación de transmisión más alta (una marcha más alta) reducirá el par a la rueda, favoreciendo la velocidad y la eficiencia del combustible a altas velocidades.

¿Para qué sirve tener más par motor en un vehículo?

En función del tipo de vehículo que vayamos a usar, interesa que su motor genere mayor o menor par:

Por ejemplo, en un camión, nos interesa tener un motor que genere mucho par, para poder trabajar a bajas vueltas. Al girar lentamente el motor, toda la mecánica se desgasta menos. Y además, al recargar menos el cilindro cada minuto, los pistones tienen tiempo suficiente para bajar, llenarse bien de aire y comprimirse para tener una combustión perfecta. Por eso, en rango de par, los motores suelen tener un consumo de combustible óptimo.

Si quitamos de la ecuación los motores eléctricos, que funcionan de forma distinta (hablaremos de ellos al final), los motores de combustión que generan mucho par son grandes y pesados. En una moto, tenemos espacio limitado, así que la fórmula más sensata es hacer lo contrario. Usaremos un motor más pequeño, pero que se recargue muchísimas veces por minuto. A 9.000 vueltas, el motor va a poder empujar mucho más que a 4.500. Los ciclos no serán tan eficientes, pues los cilindros no van a tener tiempo de llenarse perfectamente. Pero, como la potencia depende del par y las revoluciones, tendremos como resultado una máquina con una aceleración progresiva y mucha potencia.

En cualquier caso, la ganancia de potencia con las revoluciones no es infinita. Llega un momento en el que el motor gira tan rápido, que no da tiempo a que el llenado y vaciado de los cilindros se produzca como es debido. Por eso, a altas revoluciones, se producen caídas en las curvas de potencia y par de cualquier motor de combustión, generándose una notable pérdida de potencia en el motor.

Por tanto, no nos interesa el par como tal, sino más bien tener ese par disponible a bajas revoluciones. Estos son los casos en los que es preferible tener un propulsor de este tipo, que suelen ser diésel o eléctricos:

Remolque o transporte de cargas pesadas: puesto que tener más par a bajas revoluciones nos va a dar la fuerza necesaria para mover la carga desde el reposo hasta ponerla en movimiento.Conducción y arranques en pendientes: disponer de mucho par a bajas revoluciones nos va a garantizar que sigamos acelerando sin perder potencia.Aceleraciones rápidas: para tener una conducción ágil, también nos interesa tener par desde bajas revoluciones.Conducción todoterreno: a la hora de movernos por terrenos muy irregulares, un mayor par motor juega también un papel protagonista para superar los obstáculos.Conducción deportiva: en los coches deportivos, los que nos dedicamos a esto, siempre ofrecemos la cifra de potencia y par del vehículo. Lo hacemos porque el dato se vuelve mucho más relevante que en coches más simples. Al fin y al cabo, en competición, nos interesan esas aceleraciones y recuperaciones rápidas de las que hemos hablado.

¿Cómo funciona el par en los motores eléctricos?

Se dice que los coches eléctricos hacen trampa, y es algo bastante cierto. Un motor de gasolina o diésel tiene un rango de revoluciones en los que no se consigue dar el par máximo. Esto es lo mismo que si te pones a pedalear en una bicicleta. Hasta que no lleves unos segundos, no estarás haciendo el ejercicio con todas tus fuerzas.

La peculiaridad de los motores eléctricos es que pueden dar el par máximo de forma instantánea, desde las 0 revoluciones por minuto. Esto hace que la curva de par no sea una curva como tal, pues es completamente plana. Por eso, un Tesla Model 3 puede ganar en aceleración a un coche diseñado para hacer carreras de cuarto de milla.

Ya que estamos, hablemos también de la curva de potencia de los motores eléctricos. En estos propulsores, la potencia aumenta de forma lineal desde el arranque hasta alcanzar su valor máximo, que se mantiene constante durante un amplio rango de revoluciones. El resultado es una aceleración más sostenida y, además, con una eficiencia superior a la de un motor de combustión interna.

Si has llegado leyendo hasta aquí, tenemos que darte la enhorabuena. El par motor es un tema denso y bastante complejo de explicar de forma sencilla. Si te has quedado con ganas de aprender más sobre motores, no te pierdas este post sobre qué son los caballos fiscales y cómo se miden, otra medida bastante desconocida que se suele usar en el terreno burocrático.

El artículo Qué es el par motor del coche y cómo se calcula fue publicado originalmente en Urban Tecno.