Bancos de potencia, una aproximación teórica

Como entusiasta del motor, a menudo me veo envuelto  en infinidad de conversaciones sobre, como no puede ser de otra manera, coches. Un gran número de ellas giran en torno a motores y, entonces, siempre hay uno que conoce a alguien que ha preparado su motor y este ahora tiene muchos más caballos.

Sobre si la preparación de un motor, ya sea atmosférico o turbo (mucho más rentable si hablamos del precio por caballo extra en estos últimos), debe ser el último o el primer paso a la hora de mejorar un coche también hemos discutido bastante. Personalmente pienso que si con tu coche de estricta serie estás a 6 segundos de la mejor vuelta que se puede hacer con ese coche, en esas condiciones y en ese circuito, tus prioridades deberían ser por este orden:

  • Mejorar como conductor.
  • Mejorar tu chasis.
  • Mejorar tu motor.

Pero también es cierto que hay otras motivaciones que pueden hacerte querer preparar tu motor: el empuje extra, el sonido, el tacto… son alicientes muy adictivos; aunque, en muchos casos, subjetivos o intangibles. Basados en sensaciones.

Para cuantificar cómo y cuánto hemos mejorado nuestro motor, nos servimos de una herramienta: el banco de potencia.

PAR y POTENCIA

¿Es realmente tan importante la potencia, o lo es más el par motor? Un momento, ¿qué es la potencia y qué es el par motor?

La ambigüedad de los términos par y potencia -la física y sus magnitudes…- nos hacen pensar que son cosas poco relacionadas o incluso opuestas; nada más lejos de la realidad: la potencia (cuya definición tradicional no nos esclarece demasiadas cosas) no es más que el resultado de multiplicar el par motor por la velocidad angular (rpm).

El par motor, que medimos en Newton por metro (N·­m), es la capacidad del propulsor de producir trabajo.

Recopilando información para este artículo he encontrado una definición que, si bien no es muy científica, es tremendamente esclarecedora.

Supongamos que circulamos en bicicleta a una velocidad constante de 30 km/h; para mantener esa velocidad necesitamos una potencia X, que es producida por el motor (nuestras piernas).

Esa velocidad la podemos mantener por ejemplo con un plato grande y un piñón pequeño, lo que nos obligará a pedalear pocas veces pero imprimiendo una gran fuerza (par) en cada pedalada o, por lo contrario, utilizar un plato pequeño y un piñón grande de forma que el par que tenemos que aplicar es muy pequeño pero necesitaremos pedalear mucho más rápido para mantener la velocidad.

Por eso, ahora es mucho más fácil entender la fórmula de la potencia:

Potencia = Par x Velocidad angular (RPM)

P (W)= M (Nm) x w (rad/s)

El par motor viene determinado por la presión media efectiva en la cámara de combustión, que es, a groso modo, un indicador de cómo de bien se quema la mezcla aire/gasolina en la cámara de combustión.

Cada motor, en función de su morfología y diseño, tiene un régimen óptimo de llenado y mínimas pérdidas, que es donde se genera el par máximo a plena carga. Sin embargo, el dato de par motor máximo en sí, de forma individual, igual que el de potencia máxima, no nos dice gran cosa. Ver una gráfica completa es más instructivo, pero lo que realmente nos va a indicar cómo de rápido es un coche respecto a otro con datos de potencia y par similares son los registros de aceleración, recuperación, velocidad máxima… que a su vez dependen del peso, de las relaciones de cambio, de la aerodinámica, etc.

Una vez aclarado esto,  podemos empezar a ver qué tipos principales de bancos de potencia hay y cuáles son sus ventajas e inconvenientes.

BANCOS INERCIALES

Los bancos inerciales están constituidos básicamente por unos rodillos de masa y dimensiones conocidos que pueden girar libremente y que junto a un programa de ordenador que interpreta cómo éstos son acelerados (y frenados) por las ruedas del coche, convierte los datos en gráficas de potencia en función de las RPM.

Una vez obtenida la potencia, el par se calcula de forma matemática mediante la fórmula antes indicada.

Los bancos inerciales, si están bien diseñados, son lo bastante precisos para que sus valores puedan considerarse válidos en el 99 por ciento de las situaciones y son especialmente útiles para comparar. Así, gracias a su sencillez y precisión, son muy prácticos para apreciar pequeños ajustes o mejoras que hayamos hecho en nuestros coches: avance del encendido, tiempos de inyección, variaciones en temperatura de admisión, cambios de lubricante… incluso encender o apagar las luces o el aire acondicionado puede apreciarse en las gráficas.

Una de las grandes ventajas de los bancos inerciales es que no hay que calibrarlos, independientemente de que tipo de vehículo o condiciones con los que nos encontremos, su funcionamiento se basa en leyes físicas sencillas y, por tanto, los resultados serán siempre precisos.

Otra cosa muy diferente es que luego a los resultados obtenidos durante la lanzada se les aplique un factor de corrección. La potencia que un motor entrega es relación directa de la presión barométrica del aire, de la humedad y de la temperatura, es decir, de las condiciones atmosféricas.

Los factores de corrección se aplican para estandarizar los resultados y poder comparar el mismo vehículo en dos momentos diferentes o poder comparar dos vehículos medidos en diferentes bancos de potencia. Existen varios factores de corrección (SAE J1349, DIN 70020, etc), pero, como ya hemos dicho, todos ellos tienen en cuenta 3 parámetros:

  • Temperatura del aire (25 ºC en SAE y 20 ºC en DIN).
  • Humedad (0% en ambas normas).
  • Presión barométrica (99 kPa en SAE y 101 kPa en DIN)

Para poder aplicar estos factores de corrección, el banco de potencia debe estar equipado con una estación meteorológica; de lo contrario, cada día los resultados de las mediciones serán diferentes.

El gran inconveniente de los bancos inerciales es que, precisamente por su diseño,  necesariamente tenemos que realizar las mediciones con grandes cargas de acelerador (mariposa de admisión abierta al 100% o cerca), ya que no son capaces de medir la potencia a regímenes de giro (RPM) constantes. Como consecuencia, elaborar o modificar mapas de inyección para su optimización se hace muy complicado ya que no somos capaces de apreciar el comportamiento del motor a un determinado régimen de giro o carga más que en un brevísimo período de tiempo.

Por último, el banco inercial también es capaz de darnos un valor más: las pérdidas.

La prueba de potencia en sí se realiza con el vehículo en la marcha más directa posible (es decir, que el cambio desmultiplique lo menos posible la velocidad del motor en las ruedas), normalmente una por debajo de la más alta.

Una vez que tenemos a temperatura correcta el aceite y el refrigerante aceleramos a fondo sobre los rodillos desde un régimen ligeramente superior al ralentí y hasta llegar al corte de inyección, llegados a este punto ponemos punto muerto y dejamos que las ruedas se paren por completo (frenando también a los rodillos).

Con este procedimiento, en aceleración obtenemos la potencia a las ruedas y en retención las pérdidas producidas por la cadena cinemática. Así, sumando potencia a la rueda más las pérdidas obtenemos la potencia del motor, lo que además nos permite observar si tenemos un problema en nuestra transmisión (pérdidas superiores a un 25 % suelen indicar un mal estado de algún componente).

Resumiendo: podemos decir que los bancos de potencia inerciales son muy precisos debido a su sencillez pero que tienen sus limitaciones, especialmente en lo que a modificación de mapas de inyección se refiere. Por tanto, su principal función es la de poder comparar unos vehículos contra otros o pieza A contra pieza B (filtros de admisión, lubricantes, turbos, reprogramaciones…) en el mismo motor.

BANCOS DE FRENO

La principal característica de los bancos de freno, ya sean hidráulicos o electromagnéticos, es que son capaces de medir par y aplicar un fuerza de frenado al mismo tiempo.

Como los bancos de freno son capaces de aplicar cargas variables es posible simular condiciones de marcha prácticamente reales e incluso mantener regímenes de giro sostenido con carga, que es la fase más critica en la creación y ajuste de lo mapas de inyección y encendido a lo largo de toda la gama de revoluciones del motor.  Al contrario que en los bancos inerciales, donde la única opción es medir con el motor a plena carga.

Los bancos de freno pueden catalogarse en bancos de motor, que son utilizados por los fabricantes para crear los mapas de encendido e inyección de sus motores, o bancos de chasis, que son utilizados por preparadores de motores para optimizar los mapas buscando un mejor rendimiento.

Sin embargo, los bancos de freno tienen importantes desventajas.

A pesar de ser la herramienta perfecta para modificar la gestión electrónica del motor, para que los bancos de frenos funcionen correctamente es necesario calibrarlos a menudo, lo que incrementa las posibilidades de que el banco se encuentre “fuera de punto”. Por norma general los resultados de la medición de potencia son menos precisos que en los bancos inerciales, ya que los bancos de freno son más compejos y tienen muchas más piezas móviles.

Otro de los riesgos que tiene la utilización de los bancos de freno es que debido a la carga que se aplica sobre el vehículo, usar un banco de freno es mucho más duro para los motores, no siendo nada raro que durante las pruebas se rompan motores si no se controlan los parámetros de forma estricta (temperaturas de refrigerante, presión de aceite, etc).

Pueden parecer más los contras que los pros pero un banco de freno bien utilizado es la herramienta más precisa para la puesta a punto de motores.

Extra lap:

Algunas de las mejores lanzadas en banco de potencia incluidos algunos sustos:

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16 comentarios en “Bancos de potencia, una aproximación teórica”

  • Quiroga

    12 de noviembre de 2012 a las 23:15

    Este artículo deja muy claro que 8000vueltas.com es el mejor blog de motor. En serio, aprendo mas con vosotros que con cualquier libro. Gracias!

  • crosser

    12 de noviembre de 2012 a las 23:43

    Pensaba que no podría faltar el mítico video del evo saltando del banco.

    http://www.youtube.com/watch?v=oKFGr_mkQaA

  • lovalle

    13 de noviembre de 2012 a las 12:44

    Muy buena y descriptiva la analogía de la bicicleta para describir el significado físico del par y muy interesante el artículo sobre los bancos de potencia. De todas formas, puestos a definir el término “par”, habría sido mejor decir que es la fuerza que hace el motor sobre el cigüeñal.

    Aunque es cierto que el trabajo es fuerza por desplazamiento, el par es fuerza aplicada a un eje. No hay desplazamiento ni trabajo realizado. Por ejemplo, un motor eléctrico puede generar par sin necesidad de que haya movimiento (desde 0 rpm), por eso los trenes no tienen que mantener sus motores al ralentí (el motor tiene un buen par de arranque).

    Eso sí, el par se mide en N x m (1 N x m sería el resultado de aplicar sobre el eje una fuerza de 1 N con una palanca de 1 m).

  • Angel Martín

    13 de noviembre de 2012 a las 15:13

    Es una lástima que no todos los que queremos modificar nuestro coche, tengamos la posibilidad de disponer de un banco de pruebas. Sin duda facilitaría las cosas y nos daría un mayor nivel de precisión para llevar a cabo diversos ajustes, como cambiar elementos de la transmisión y piezas varias. Desgraciadamente el único método disponible de cara a la preparador de a pie es el de prueba y error. Es obvio que se tiende a realizar proyectos con cabeza -por pura precaución-, pero podríamos ajustarnos más al número de modificaciones estrictamente necesarias, no se si me explico.

    Buen post Lasheras, muy didáctico y entretenido.

  • drunken_clam

    13 de noviembre de 2012 a las 16:00

    @Lovalle: Ambas definiciones son correctas. El trabajo es una magnitud energética; el par aumenta la energía cinética del cuerpo.

    Un par o momento de fuerzas se puede definir también como aquella acción sobre un cuerpo que tiende a incrementar su momento angular. Por ello, el momento angular de un cigüeñal que no gira es 0, y el par motor lo incrementa desde 0 o cualquier valor negativo (un momento angular negativo implica que el cigüeñal gira en sentido contrario al que el par motor intenta imprimirle).

    Lo que parece una paradoja sobre par = trabajo = fuerza * desplazamiento = fuerza * velocidad angular o de giro no lo es, puesto que con el cigüeñal en reposo ese trabajo = 0 nos indica el trabajo que se ha realizado hasta el momento sobre el cigüeñal, no que el trabajo que se realiza sobre el mismo sea nulo. Por eso en reposo el trabajo realizado hasta el momento sobre el cigüeñal es 0, pero el trabajo que desde ese instante se realiza sobre el mismo no lo es, trabajo que hará que comience a girar e irá incrementando el trabajo que se ha realizado sobre el cigüeñal.

  • lovalle

    13 de noviembre de 2012 a las 17:26

    De acuerdo con lo que dices, drunken_clam. De todas formas, aunque coincidan dimensionalmente, el par es una fuerza, magnitud vectorial, la cual puede estar apliacada a un eje aunque no haya movimiento (por ejemplo, un motor eléctrico tratando de arrancar cuando la resistencia es mayor que el par de arranque, aceleración angular = 0).

    Por lo tanto, no me parece preciso ni intuitivo definir par como la “capacidad del motor de producir trabajo”. Ello puede dar lugar a que alguien pueda pensar que es la capacidad del motor de producir más o menos trabajo [por unidad de tiempo], lo que nos lleva a la “gran confusíón del par”, ya debatida anteriormente por aquí.

    En el artículo, correctamente, no se habla de capacidad de producir trabajo por unidad de tiempo, pero tampoco le veo mucho sentido a hablar de “capacidad de producir trabajo” a secas, cuando existe una definición (fuerza aplicada al cigüeñal) que tiene todo el sentido físico y es directamente aplicable y útil en automoción.

  • PIÑA

    13 de noviembre de 2012 a las 18:36

    Buena entrada. Una duda que he tenido de siempre. ¿Cómo sabe el “rodillo” el desarrollo del cambio o las RPM de motor?

    Me explico: supongamos un hipotético casi en donde un motor “A” con un desarrollo de 1:1 a las ruedas ofrece una curva de par plana y constante de 200Nm hasta 8000RPM. Otro motor “B” cuenta con un desarrollo 1:2 y ofrece, igualmente, una curva de par plana y constante, pero esta vez de 400Nm y hasta 4000RPM. El par de salida en las ruedas será en ambos casos el mismo: 200Nm y a las mismas revoluciones de rueda, es decir, la misma velocidad. ¿Cómo sabe el banco que el primer motor ofrece 200Nm hasta 8000 y no 400Nm hasta 4000 RPM?

    Cuando he ido a algún banco de potencia con algún amigo siempre he tenido esa duda, ya que no veo que nadie conecte nada al tacómetro del coche, con lo que se sabría exactamente el desarrollo de la caja simplemente introduciendo la medida de rueda y asi sería indiferente hacerlo con 4ª, 5ª o 6ª. ¿No?

    Un saludo.

  • Sr.Slider

    13 de noviembre de 2012 a las 18:49

    Qué buen artículo, la explicación de la potencia y el par a más de uno nos hacia falta.

  • Sr.Espada

    13 de noviembre de 2012 a las 20:25

    Muy buenas Piña,

    Que me corrijan si me equivoco, por favor, pues no soy ningún experto en la materia pero , hasta donde sé , el banco mide las RPM en un software específico a través de un captador inductivo.
    En coches modernos, basta con “poco más´´ que enchufar un par de cables al coche y se obtiene toda la información relativa al uso de cilindros , llenado vaciado, carga etc… Si se tiene el software adecuado.

    En coches más antiguos , el sistema rudimentario habitual era medir con el captador inductivo el tiempo entre chispa y chispa de la bujía. Con eso, se puede grabar una señal de sonido con la que podremos medir el tiempo entre los picos de chispa de la bujía para averiguar las RPM a las que gira el motor.

    Encantado de saludarle.

  • Sr.Espada

    13 de noviembre de 2012 a las 20:29

    Por cierto, les dejo un catálogo para reyes : https://pedidos.dream-machine.net/recursos/documentos/nova/DYNOJET_CATALOGO_BANCOS.pdf

    Lo mismo si se portan bien dejan alguno de estos ;=).

    Encantado de saludarles.

  • PIÑA

    13 de noviembre de 2012 a las 21:21

    Sr. Espada, soy consciente de la facilidad de medir las RPM, pero hasta hoy nunca he visto conectar ni un solo cable al coche. Ni uno. En diferentes marcas y para diferentes coches. Por eso me llamaba la atencion

    Un saludo!

  • endika

    14 de noviembre de 2012 a las 21:29
  • Alberto

    19 de noviembre de 2012 a las 22:59

    Un aporte muy interesante! Me ha dolido un poco ver alguno en llamas después de la lanzada en los rodillos jejeje Gracias!

  • Oscar

    19 de diciembre de 2012 a las 00:10

    Alla arriba en el articulo dijeron estos de los bancos de inercia

    “La prueba de potencia en sí se realiza con el vehículo en la marcha más directa posible (es decir, que el cambio desmultiplique lo menos posible la velocidad del motor en las ruedas), normalmente una por debajo de la más alta.”

    Cuando dicen “es decir, que el cambio desmultiplique los menos posible la velocidad del motor en las ruedas, normalmente es una por debajo de la mas alta

    Esa velocidad seria segunda

  • Chips, “repros” y centralitas: el arte oscuro de la potenciación. – 8000vueltas.com

    19 de marzo de 2013 a las 00:00

    [...] trabajamos con el ajuste del avance del encendido sobre un banco de potencia. Observaremos que a medida que adelantamos el encendido va aumentando la potencia… [...]

  • Andrés Prada

    16 de abril de 2013 a las 19:00

    Excelente artículo, hace poco di con esta página y me parece excelente, desde muchos puntos es muy completa, técnica, fácil de leer. Felicitaciones a los editores.

    Respecto al artículo, hay algo que no explican y es por qué la potencia máxima se logra en la tercera o cuarta pasada, es decir, en la primera pasada el motor entrega una potencia X, en la siguiente pasada sube un poco y en la última da la máxima potencia. ¿Es por la corrección que hace la programación de la inyección?… Aquí dejo un ejemplo de una gráfica tomada en un dinamómetro de freno, en un Daewoo Racer (Opel Kadett) a 2600 metros sobre el nivel del mar.

    http://4.bp.blogspot.com/-4ZzIDYbq_R4/UEJM46HPETI/AAAAAAAAB7Y/gAfMaG0oOMU/s1600/Dyno+r%C3%ADn+16+pulgadas+3+pasada.jpg

    ¡Saludos!

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