Qual é a diferença entre torque e potência?

Uma pergunta muito básica - qual é a diferença entre torque e potência? Está em todo o Google, mas estou realmente confuso e não consigo obter respostas satisfatórias. Vou te contar minha confusão:

Torque é uma indicação de aceleração, certo? Portanto, para encontrar a pick-up de um carro a partir de 0-60 mph, a curva de torque deve ser usada. Então, por que uma curva de potência é usada para isso? O que significa potência?

Se eu disser para mudar de marcha (digamos de 1-2) para obter a melhor quilometragem, mude a 10 km / h, enquanto para extrair a potência máxima, mude a 22 km / h. Qual usuário deve usar e por quê?

Estou realmente confuso sobre onde usar uma curva de torque e onde uma curva de potência? Qual é o significado deles? Qual é a contribuição deles para um carro para um usuário?

Relação de potência <-> torque

Em geral, a relação entre potência e torque é uma fórmula simples:

Power[kW] = Torque[Nm] * RPM * π / 30,000

o que significa que você sempre pode calcular uma curva da outra nos diagramas de torque / potência (também é o que o dinamômetro faz)

Então, por que sempre as duas curvas são plotadas, se são mais ou menos iguais?

Este diagrama mostra algumas curvas de cinco motores teóricos:

Cada motor possui um torque de 350Nm a 8000RPM (e, portanto, a mesma potência de pico nessa RPM), e cada motor possui um torque de pico de 450Nm.

Um motorista normal usa o alcance de até 3000RPM na rua, então sua melhor escolha é o motor nº 2 seguido pelo nº 1. Aqueles dariam a melhor aceleração em RPM moderado.

Em uma corrida em que o motor funciona a uma rotação muito alta, é melhor você escolher o 5º.

Essa avaliação pode ser feita com as duas curvas - potência e torque, porque mostram mais ou menos a mesma quantidade. MAS as curvas de torque mostram as diferenças muito mais claras que as curvas de potência!

No entanto, as curvas de potência (podem) mostram alguns detalhes interessantes. A potência do número 4 diminui entre 4000 e 5000RPM. Outro ponto é que, geralmente, a potência máxima não está na RPM máxima e você deseja saber em que RPM é e como se comporta em torno dessa RPM.

Por que a potência ainda aumenta, embora o torque já diminua com as RPM em algum momento?

Imagine que você tem um peso de 50 kg que você levanta, puxando uma corda que passa por uma polia no teto. A força que você tem para se esforçar é apenas a força gravitacional do peso quando você o puxa com velocidade constante. Como 50 kg é bastante pesado, você o levantará muito lentamente. Se o peso for mais leve, você precisará de menos força e poderá levantá-lo mais rapidamente. Digamos que você levante 25 kg em 1/3 do tempo. Isso significa que, ao mesmo tempo em que você levanta o peso pesado de 50 kg, também é possível levantar um total de 3x25 kg = 75 kg. Como a energia é um trabalho realizado por tempo e você pode levantar 75 kg em vez de 50 kg ao mesmo tempo, a energia é 50% maior - embora você use apenas metade da força.

É o mesmo para um motor: em altas rotações, ele pode ter menos torque (força) durante uma rotação, mas, como faz mais rotações ao mesmo tempo, pode fornecer mais potência.

O que acontece nas caixas de engrenagem?

Como dito, poder é um trabalho realizado por tempo. Como a energia é conservada, a energia no eixo do motor é igual à energia nas rodas. A partir da fórmula acima, pode-se calcular o que acontece quando a relação entre motor e roda é diferente (negligenciando quaisquer perdas):

Wheel_torque = Motor_torque * Motor_RPM / Wheel_RPM

No meu próximo diagrama, plotei o torque da roda vs. as RPMs do motor nas seis marchas de um BMW M3 (365Nm a 4900RPM; 252Kw @ 7900RPM):

Mas também é possível obter potência e torque versus velocidade:

Sim, os 365Nm do motor são transformados em quase 6000Nm (4400lb ft) em primeira marcha. Isso mostra o enorme impacto das relações de transmissão e das dimensões das rodas. Por outro lado, a energia é sempre a mesma em uma determinada RPM.

Observe que, quando você muda para a segunda marcha a 4900 RPM (torque máximo), reduz o torque da roda em cerca de 50%. (E quando você passa para o terceiro mais tarde, perde novamente cerca de 50%).

Isso significa que, em uma corrida, você mudará o mais tarde possível, mesmo que a potência já caia, porque mudar significa uma grande perda de potência / torque. (A área vermelha no meu gráfico apenas marca a faixa de RPM de 4900 a max na primeira marcha para deixar isso claro). No entanto, em um concurso de aceleração em que você começa do zero, o torque alto a baixas rotações ajudará, porque é importante obter alta velocidade o mais rápido possível, e não importa muito se você ainda acelerar um pouco no último metros.

É claro que, na realidade, há atrito e, portanto, o que aumenta com a velocidade, e a única maneira de superá-lo é ainda mais poder. Portanto, a potência define a velocidade máxima, mas este exemplo mostra que a potência já desempenha um papel na faixa de 50 km / h / 30 mph, o que não é realmente rápido.

Então compare carros diferentes por potência ou torque?

Você viu o enorme impacto das relações RPM devido à transmissão e a circunferência da roda também desempenha um papel. Portanto, é impossível comparar dois carros apenas olhando para a curva de torque do motor. Isso funciona apenas para um carro com várias opções de motor, mas com a mesma transmissão. O poder é um pouco (!) Melhor. Observe que o BMW M3 fornece potência máxima mais ou menos constante acima de 125 km / h na 3ª marcha, quando você muda tarde.

Economia de combustível

O torque também é uma medida do trabalho que o motor faz durante uma única rotação. Mais precisamente:

Work_per_rev[J]= torque[Nm] * 2π

Se considerarmos que o motor queima sempre a mesma quantidade de combustível por rotação (não totalmente realista, mas OK), ou seja, a mesma energia química (trabalho) é liberada, a proporção de trabalho químico / mecânico é melhor quando o torque é o máximo . Portanto, a máquina funciona com mais eficiência quando o torque é alto.

Mas lembre-se de que a melhor eficiência de combustível não é igual à melhor quilometragem! No caso do BMW M3: Dirigir a 2000RPM em vez de 4000RPM significa reduzir o torque de 340Nm para 290Nm, o que representa uma perda de apenas 15%, mas o consumo de combustível é reduzido em 50%.
É por isso que é recomendável dirigir em RPM muito baixa para obter a melhor quilometragem, embora a eficiência de combustível não seja a melhor. No entanto: torque alto a rotações mais baixas com certeza significa melhor quilometragem.

Conclusão

Em geral, potência e torque são duas medidas da mesma coisa: A força do motor. Se você tem uma curva, pode calcular a outra.

A potência determina a capacidade de corrida e a velocidade máxima do carro, mas também a capacidade de aceleração quando o motor atingir uma RPM mais alta

O torque mostra muito mais claramente que capacidade de aceleração o motor possui em baixa rotação, mas o torque no volante depende das relações de transmissão e da dimensão da roda, portanto, não é tão fácil comparar isso. Um motorista normal gostaria de ter alto torque em baixa rotação.

E observe que eu fiz várias suposições e simplificações aqui.

Sobre meus dados

Eu obtive as curvas do motor no site de imprensa da BMW . E este site (infelizmente alemão) leva em consideração a dimensão do pneu, um conjunto de RPM e um modelo BMW para relações de transmissão (ou relações personalizadas) e calcula a velocidade nas RPMs nas marchas. No meu caso, a circunferência da roda é ~ 2m e a velocidade é 7,5; 12,9; 19,3; 25,6; 30,1 e 35,1 km / h nas engrenagens 1-6. Isso permite calcular a rotação da roda para a rotação do motor em uma determinada marcha.

Cavalos-força é a quantidade de potência que o motor pode produzir (quanto trabalho é feito em um determinado período de tempo), enquanto torque é a quantidade de força de rotação que ele pode produzir (quanto trabalho é feito). Os dois estão intimamente ligados, então você não pode ter um sem o outro.

Você precisará pensar em algumas equações físicas:

Força = Massa x Aceleração

Potência = Trabalho Concluído (Torque) / Tempo

Para calcular um do outro, você pode usar alguma substituição com algumas equações de movimento rotativo:

HP = (2 x pi x Torque x RPM) / 33000 = (Torque * RPM) / 5252

Em geral, um motor será mais eficiente quando estiver operando no pico de torque (por isso, os diesel industriais funcionam muito lentamente), e o Torque tem mais efeito sobre a rapidez com que o carro acelera, principalmente em velocidades mais baixas. A HP é mais útil em velocidades mais altas, onde fornece uma indicação de quanta capacidade o carro tem para atingir e manter uma velocidade mais alta.

Como exemplo, compare o motor em um navio, que gerará grandes quantidades de torque (para mover uma coisa muito pesada lentamente) em RPM muito baixa (apenas algumas centenas), com o de uma moto de corrida, que gerará muito de poder (para mover rapidamente uma coisa leve) a uma alta RPM (10-12 mil)

Torque é trabalho, potência é taxa de trabalho

No contexto de motores:

• Torque indica como muito carga de um motor pode levar para uma certa distância em um determinado período de tempo.

• A potência indica a rapidez com que o mecanismo pode mover essa carga nessa distância.

Algumas outras coisas que podem ajudar a explicar a diferença entre os dois:

• Torque é o que acelera um veículo parado

  ▲ Torque = ▲ Acceleration
  

  A palavra paralisação é muito importante aqui, porque é o único momento em que as forças de arrasto aerodinâmicas não limitam a aceleração linear de um veículo. É também por isso que o torque tem um efeito dominante em velocidades mais baixas - as forças de arrasto são relativamente pequenas.

• Torque funciona; puxa cargas

  Digamos que você tenha dois veículos idênticos em uma competição de cabo de guerra com dois motores diferentes que desenvolvem a mesma potência máxima, mas em velocidades diferentes. O veículo com a velocidade mais baixa do motor terá mais torque nas rodas do que o outro. Este também será o motor que vence a competição do cabo de guerra.

• O pico de potência governará a velocidade máxima

  Power = Resistive Forces x Vehicle Speed
  

  Cavalos-força é apenas uma unidade de medida de potência ou taxa de trabalho, portanto:

  ▲ Horsepower = ▲ Top Speed
  

Torque é a quantidade de força exercida pelo seu motor em uma RPM específica. Em dois carros com engrenagem igual e na mesma marcha, um carro com torque duas vezes maior acelerará exatamente duas vezes mais rápido.

A potência é calculada a partir do torque e da rotação. Uma determinada quantidade de torque em uma RPM baixa é igual a menos potência que a mesma quantidade de torque em uma RPM mais alta.

A potência é importante porque a quantidade de força que atinge as rodas traseiras para acelerar o veículo é uma combinação de torque e engrenagem . De um modo geral, quanto mais alto o carro gira, mais forte ele pode ser o câmbio. Quanto mais rigidamente você dirige um carro, mais rápido ele acelera para uma determinada quantidade de torque. Como a potência representa uma combinação de torque e RPM, é realmente uma boa indicação de como a maioria dos carros com taxas de transmissão bem escolhidas se acelerará.

Para dar um exemplo extremo, digamos que temos um mecanismo de rotação extremamente alto (como um mecanismo de fórmula 1). Ele produz 250 pés-libras de torque, mas mantém esse torque até uma potência máxima de 20k RPM, produzindo quase 800 hp. Por outro lado, temos um motor com muito deslocamento, mas uma linha vermelha relativamente baixa. Digamos que este hipotético carro com torque produza um pico de torque de 600 ft lbs e acelere para 6k rpm, produzindo pouco mais de 600 hp. Observe que o carro com mais hp está produzindo significativamente menos torque. Em primeira marcha, digamos que o carro de alta velocidade é trocado três vezes mais que o carro de torque - o carro de alta rotação estará a 60 km / h e 18000 rpm, enquanto o carro de torque estará a 6000 rpms a 60 km / h. Isso faz com que o carro de alta velocidade efetivamente reduza mais torque nas rodas nessa marcha, para acelerar mais rapidamente. E, como ainda tem mais 2000 rpm de velocidade do motor quando o carro com torque excede as rpm, ele continuará a acelerar os 60 km / h na primeira marcha enquanto o outro carro estiver mudando. E o mesmo drama será repetido também nas marchas mais altas - o carro mais alto da HP geralmente estará acelerando mais rápido, porque pode se dar ao luxo de permanecer em marchas mais baixas, que podem se dar ao luxo de serem mais bem-sucedidas.

Engrenagem - é por isso que a potência é importante. Engrenagem apertada significa que um carro precisa girar mais alto para atingir uma determinada velocidade na estrada. Engrenagem longa significa que o carro não precisa girar tão alto para atingir uma determinada velocidade. A desvantagem é a aceleração. Portanto, a primeira marcha na maioria dos carros é muito apertada, terminando antes de 50 km / h em muitos carros pequenos. Por outro lado, a engrenagem de overdrive deve oferecer aceleração muito baixa, mas permite que o carro mantenha RPM quase ocioso nas velocidades da rodovia, economizando gás. Além disso, carros idênticos podem ter diferentes proporções finais, o que afetará sua aceleração geral e velocidade máxima. Portanto, um carro com uma relação traseira de 3,00 acelera mais lentamente para uma velocidade máxima mais alta do que o mesmo carro com uma relação traseira de 4,10.

Nos termos mais simples possíveis:

Torque = Lbs / Ft. Uma medida concreta e real da força de torção produzida pelo motor.

Cavalos de força = Uma unidade de trabalho arbitrária e composta . Uma unidade de potência é baseada na suposição de que um cavalo pode puxar com uma força de pouco mais de 80 kg.

O erro que a maioria das pessoas comete quando se envolve neste debate é considerar a potência e o torque de forma independente. Quase todo mundo argumenta como se fossem valores separados e não relacionados. Eles não são.

Cavalos-força = (Torque x RPMs) / 5252

Essa equação é a segunda coisa mais importante nesta página, e é a razão pela qual alguém lhe diz que a potência e o torque devem ser considerados igualmente e separadamente e é significativamente fora da base. O fato é que a potência é o produto do torque e de outro valor - RPMs (dividido por 5252). Não é independente, separado ou diferente.

De fato, não existe uma única máquina que mede a potência de um carro. É um número feito pelo homem. Quando o desempenho de um carro é testado, seu torque é medido usando um dinamômetro. A medida do desempenho de um motor é o torque. Cavalos-força é um número adicional alcançado pela multiplicação do torque pelas RPMs.

A relação entre potência, torque e aceleração

Analogia típica: Energia potencial: Torque :: Energia cinética: Potência

O torque pode existir sem movimento. É uma capacidade de fazer o trabalho.
Cavalos-força podem existir apenas em movimento. É a taxa de trabalho.

Potência do motor = Torque * Velocidade;

Para referenciar um motor funcionando com carga constante, a referência de potência é usada para extrair a potência máxima.
. Para indicar um motor funcionando com cargas variáveis ​​(mudança de marchas, por exemplo), o torque é mais apropriado.

Curvas:
Curva de torque: Torque produzido pelo motor x rotações do motor, com várias cargas no motor.
Curva de potência: potência produzida pelo motor x rotação do motor, com várias cargas no motor. Isso será obtido multiplicando a curva de torque pela velocidade. Portanto, será uma versão deslocada + alongada na curva de torque. Consulte Exemplo de curva de torque de potência A curva de
economia de combustível será sobreposta nas curvas acima para melhor entendimento.

Você está ficando confuso entre curva de potência / curva de torque e curva de economia de combustível.

Dada uma curva de potência, podemos obter curva de torque e vice-versa.
A curva de economia de combustível deve ser fornecida explicitamente como um gráfico sobreposto.

Agora deve ser óbvio quando usar o quê.
Para obter a melhor milhagem, siga a curva de milhagem.
Para obter potência máxima, consulte curva de potência.

A curva de torque será geralmente usada como referência para os sistemas de controle de transmissão, para saber qual é o próximo melhor mecanismo a ser mudado.

Ainda não está claro? Veja um exemplo do mundo real

Nota: As curvas são especificadas apenas em determinadas condições de carga. Portanto, o comportamento real do motor depende da carga atual no motor e de várias limitações impostas devido a normas legislativas / de emissão / proteção contra danos.