Estimar la potencia a partir del caudal de aire

Un motor es una bomba de aire. Da potencia en proporción a la masa de aire que mueve, porque el combustible solo sirve en la proporción que el aire permite. Toda estimación honesta de potencia es en realidad una estimación de caudal de aire con una conversión al final.

caudal de aire = RV × cilindrada × (régimen ÷ 2) × densidad de carga
caudal de combustible = caudal de aire ÷ AFR
potencia = caudal de combustible ÷ consumo específico

El régimen ÷ 2 sale de que un cuatro tiempos llena su cilindrada una vez cada dos vueltas. Todo lo demás es un número que se puede consultar, medir o discutir — y ese es el objetivo.

Las cuatro cosas que realmente se estiman

El rendimiento volumétrico es cuánto se llena un cilindro, como fracción de su cilindrada. Un SOHC de serie ronda 0,82; un DOHC VTEC sobre su segunda leva llega a unos 0,95; un motor de competición bien desarrollado con mariposas individuales pasa de 1,0, porque una admisión sintonizada llega con inercia. Es lo que de verdad cambian el trabajo de culata, los árboles y el colector, y es a lo que apuntaban en realidad todos aquellos multiplicadores de «trabajo de conductos = ×1,10».

La densidad de carga, donde viven la sobrealimentación y el tiempo que haga, es solo la ley de gases ideales: ρ = P ÷ (R × T). Más presión, más aire; más calor, menos. Ambas importan y solo una aparece en el manómetro.

El AFR, unos 12,8:1 en atmosférico a plena carga y 11,8:1 con soplado, porque un motor sobrealimentado se lleva rico para mantenerlo vivo.

El consumo específico dice cuánto combustible hace falta para dar un caballo durante una hora: unas 0,48 lb/hp/h en atmosférico y 0,55–0,60 con soplado. Más bajo es más eficiente.

Acierte esos cuatro aproximadamente y la respuesta cae dentro de un diez por ciento, que es todo lo que una estimación cerrada puede reclamar honestamente.

Por qué la presión no es un multiplicador

El atajo tentador: diez psi en un día de 14,7 psi es una relación de presión de 1,68, así que la potencia sube un 68 %. Pues no, porque comprimir aire lo calienta:

T₂ = T₁ × (1 + (RP^((γ−1)/γ) − 1) ÷ η)

Con una relación de presión de 2, desde 20 °C y un compresor al 72 % de rendimiento, la carga sale a unos 109 °C. El aire caliente es poco denso, así que buena parte de la ganancia de presión se devuelve de inmediato. Ese es todo el argumento del intercooler, y por eso su eficacia es una entrada y no una suposición — la diferencia entre ninguno y un buen aire-aire supera el quince por ciento.

El rendimiento del compresor es además la versión honesta del «dimensionado del turbo». El tamaño de un turbo no multiplica la potencia a una presión dada; decide dónde en el régimen se consigue, y un compresor bien emparejado solo ayuda por trabajar más frío. Ese efecto es real, pequeño, y ya está en la ecuación de arriba como η.

Por qué la altitud no es un porcentaje fijo

La regla dice tres por ciento por cada mil pies, y para un atmosférico es más o menos cierta: a 1.600 m la presión ambiente son 83,4 kPa frente a 101,3 a nivel del mar, así que el motor pierde un 17,7 %.

Un motor turbo es otro caso, y es el que la calculadora antigua tenía del revés al aplicar su penalización de altitud después de la presión. Un turbo compensa: manteniendo la misma presión de manómetro, el mismo motor pierde un 9,9 % a esa altitud en lugar de un 17,7. Ajustado para buscar presión absoluta en el colector pierde aún menos — a costa de un compresor que trabaja más, más arriba en su mapa, y que fabrica más calor.

El cuarto de milla

Dos ecuaciones clásicas, ambas con potencia al cigüeñal y peso en libras con conductor incluido:

ET  = 5,825 × (peso ÷ potencia)^⅓
mph = 234   × (potencia ÷ peso)^⅓

Darles potencia en rueda es un desliz común que hace parecer al coche medio segundo más lento de lo que es. Además suponen que el coche puede poner su potencia en el suelo; ninguna ecuación cerrada sabe nada de sus neumáticos.

Sobre la regla empírica

La calculadora a la que esto sustituye estimaba la potencia como cilindrada ÷ 10, ajustada por régimen y una serie de multiplicadores. Para el motor al que estaba destinada — un VTEC Honda atmosférico de serie a 7.600 rpm — acierta de verdad, porque esos motores hacen realmente unos 100 CV por litro. Un B18C1 de 1.797 cm³ da 179,7 por esa regla frente a los 170 homologados.

No tiene nada que decir sobre un día a 40 °C, un intercooler ausente, un compresor fuera de mapa o una culata que respira distinto de aquella con la que se calibró. La calculadora de abajo muestra ambas cifras, para que se vea dónde coinciden y dónde dejan de hacerlo.