La potencia vende autos, pero el torque gana carreras

Una mirada física a la relación entre torque, potencia y velocidad


Suele decirse que la potencia vende autos, pero el torque gana carreras. La potencia, cual Menottismo, parece representar la expresión, la velocidad y ese número que luce en la ficha técnica; mientras que el torque es el Bilardismo: el pragmatismo puro, la efectividad sin vueltas. Pero más allá de las preferencias, ¿qué dice la física?

Para entender de dónde nace la fuerza de un motor hay que desarmar el ciclo de combustión desde sus bases. Todo arranca en la cámara de combustión, cuando la mezcla de aire y combustible se enciende. La expansión de los gases genera una presión (P), es decir, una fuerza distribuida sobre una superficie (P = F / A). La presión sobre el pistón genera una fuerza, que podemos expresar como F = P · A. Cuanta más masa de aire logra ingresar al cilindro, mayor es la capacidad del motor para generar presión y fuerza durante la combustión.

Esa fuerza rectilínea tiene que transformarse en giro, y ahí entra el cigüeñal a través de la biela. El torque depende de la fuerza y del brazo de palanca respecto del eje de giro. La carrera determina el radio de la manivela y, por lo tanto, el brazo de palanca disponible para transformar la fuerza del pistón en torque. Sin embargo, el brazo de palanca efectivo varía con la posición del cigüeñal. A igualdad de fuerza sobre el pistón y para una misma posición del mecanismo, una mayor carrera permite un mayor brazo de palanca y, por lo tanto, un mayor torque.

Un ejemplo puede encontrarse en los seis cilindros Chevrolet. El 230 y el 250 mantuvieron el mismo diámetro de cilindro, pero el 250 utilizó una carrera mayor. Esto aumentó la cilindrada de 3,77 a 4,10 litros y, en determinadas versiones, el torque pasó de aproximadamente 298 a 319 Nm, un aumento cercano al 7 %. Algo similar ocurrió con Ford, con el paso del 188 al 221, donde también se recurrió a una mayor carrera dentro de la evolución de esta familia de motores. Estos ejemplos muestran que modificar la geometría del cigüeñal puede aumentar el torque, pero también que en un motor real intervienen múltiples variables al mismo tiempo.

La relación entre fuerza, brazo de palanca y torque nos muestra que existen dos caminos para aumentar el par: actuar sobre la geometría o aumentar la fuerza sobre el pistón. En este segundo camino aparece la eficiencia volumétrica: cuanto mejor logramos llenar el cilindro, mayor masa de aire podemos introducir y, bajo las condiciones adecuadas, mayor cantidad de combustible podemos quemar. La sobrealimentación lleva este principio todavía más lejos, al permitir introducir una masa de aire mayor que la que el motor podría aspirar por sí mismo.

Queda una pregunta: si el torque nos dice cuánto momento de fuerza obtenemos, ¿qué nos dice la potencia? El torque puede existir incluso sin desplazamiento, si existe una fuerza aplicada a cierta distancia del eje. Pero si queremos hablar de potencia, aparece una nueva pregunta: ¿qué tan rápido podemos realizar ese trabajo?

El trabajo mecánico aparece cuando una fuerza produce un desplazamiento. En un eje que gira, ese desplazamiento puede expresarse angularmente; al considerar qué tan rápido se realiza ese trabajo durante el giro, obtenemos la potencia. Por eso, la potencia resulta del producto entre el torque y la velocidad angular.

Si dos motores entregan el mismo torque, pero uno gira más rápido, puede realizar el mismo trabajo en menos tiempo y desarrollar mayor potencia. Torque y potencia no son rivales: son dos maneras de describir, desde perspectivas diferentes, la capacidad de un motor para realizar trabajo.

Entender esa relación nos permite dejar de mirar los números de una ficha técnica como cifras aisladas y empezar a comprender cómo se comporta un motor y por qué responde de determinada manera.