Como calcular a potência em cavalos ou watts, o que esses termos significam e por que eles são importantes.
Etapa
Etapa 1. Revise o básico
A palavra poder é definida como o intervalo de tempo para fazer o trabalho. Enquanto isso, trabalho é um termo antigo para medir a eficácia de uma força aplicada para mover um objeto inerte ou enfrentar um obstáculo ou outro obstáculo e cobrir uma distância.
- A questão aqui é que, para "trabalhar", uma força deve percorrer uma distância. Por exemplo, se uma hélice com uma força de 300 N move um navio na água 80 m, então o trabalho realizado é FORÇA x DISTÂNCIA = 300 x 80 = 24.000 "Nm / Joule" --- então pode-se dizer que a hélice a hélice fez 24.000 Joules de trabalho.
- Considere o tempo que levará para mover o navio nessa distância. Suponha que o navio esteja viajando essa distância a uma velocidade de 20 m por segundo (m / s). Para cobrir uma distância de 80 m, o navio leva 80/20 = 4 segundos. Assim, a hélice do navio faz 24.000 Joules de trabalho em 4 segundos, então a potência é aplicada a uma taxa de 24.000 / 4 = 6.000 Joules por segundo (J / s).
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Compreenda o contexto histórico da época. Antigamente, antes de os motores a gasolina e a força a vapor serem usados para alimentar os primeiros trens e navios (o primeiro navio a usar uma hélice foi o HMS Britain, cuja primeira viagem ocorreu em 1846 e usava uma hélice com 6 pás, que parecia um moinho de vento), os cavalos fazem um trabalho muito árduo e variado. Com exclusividade, as pessoas medem quanto esforço um cavalo pode fazer e calculam o tempo. Depois de pesquisar a média de uma série de tentativas, eles decidiram por 746 J / s como a taxa padrão de trabalho feito por um cavalo saudável. Mais tarde, esse padrão tornou-se conhecido como "cavalo-vapor". 746 Joules por segundo em um cavalo-vapor (HP). Isso ainda é verdade hoje.
746 X 60 = 44.760 Joules por minuto, que é igual a: um HP
- Outra unidade universal de potência, agora geralmente limitada a equipamentos eletrônicos e elétricos e baseada no sistema métrico MKS (metro-quilograma-segundo / segundo), é o "watt". Se um Newton de força percorrer uma distância de um metro, então um joule de trabalho foi realizado; se a força levar um segundo para fazer um joule desse trabalho, o consumo de energia será de um watt. Portanto, um watt é um joule por segundo.
Etapa 2. Considere o setor em necessidade no momento
Na maioria dos casos, na indústria, trabalhamos com máquinas rotativas e não máquinas com movimento reto como um cavalo arado com grade em 160.000 m² de terreno. Portanto, devemos ser capazes de determinar a potência de saída de coisas como motores elétricos, motores a vapor, turbinas, diesel, etc., e assim, conheceremos o assunto do torque.
- Torque é uma medida da tendência de mudar de direção ou girar algo ou dar movimento rotacional a um objeto em alguns eixos. Se você pressionar a alça de uma alavanca de cinco metros com uma força de 20 Newtons, estará aplicando um torque de 5 X 20 = Newton-metros.
- Agora, aqui está a dificuldade e pode levar à confusão. Para calcular o trabalho linear em uma linha reta, você multiplica a força pelo deslocamento. Novamente, você está multiplicando a força pelas mesmas unidades do deslocamento, mas neste caso o deslocamento é o "braço de alavanca" e mesmo que você esteja produzindo torque, a menos que algo esteja girando, não há movimento e, portanto, não há trabalho.
- Trabalho e torque, embora pareçam ser medidos na mesma unidade, são na verdade muito diferentes. Nenhum trabalho é feito antes que o torque produza a rotação real e, portanto, nenhuma energia é usada.
- O trabalho é medido em Joules (J), enquanto o torque é medido em Newton.meters (Nm) para diferenciar entre os dois.
Passo 3. Meça o trabalho se há algum movimento ou “deslocamento” rotacional
Suponha que uma alavanca esteja firmemente travada em seu fulcro que termina em um eixo e sua mão, aplicando 20 N de força como antes, percorre uma distância de dois metros ao longo do círculo representado pela alavanca de cinco metros, então o trabalho é feito, como em no caso de uma linha reta acima, acima, igual à força vezes o deslocamento ou 20 X 2 = 40 Newton metros. Suponha que você esteja simultaneamente multiplicando e dividindo esse número pela alavanca de 5 metros de comprimento ou "braço de alavanca". Obviamente, isso não mudará o resultado, então você pode escrever:
- Trabalho = 5 X 20 X 2/5 e o resultado é 40 Joules como antes, mas está 5 X 20 acima disso? Você acabou de ver que é torque.
- O que é "2/5"? O deslocamento linear de 2 metros dividido pelo braço de alavanca informa o quanto você girou o eixo em unidades angulares chamadas radianos. Um radiano, usado universalmente em física e engenharia mecânica, é definido como o ângulo entre dois raios de um círculo de modo que os pontos na circunferência de um círculo onde os dois raios se cruzam são separados pelo comprimento dos raios do círculo. Este cálculo está muito próximo de 57 graus ou é também o ângulo formado no centro do círculo por um arco que é igual ao raio do círculo na circunferência do círculo.
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Então você pode dizer que o trabalho realizado por um torque que produz um deslocamento rotacional (theta) radianos é igual ao torque (L)
- vezes o deslocamento rotacional ou
- trabalho = L X teta em joules
Etapa 4. Observe que você está muito mais interessado na quantidade de cavalos de força na rotação do motor e no motor, ou seja, o intervalo de tempo para fazer o trabalho de rotação:
- potência rotacional = torque X deslocamento angular (radianos) / tempo (segundos)
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Em física, a velocidade angular é escrita em radianos por segundo, mas qualquer motor, avião ou motor de navio que você vê é sempre medido em r.p.m (revoluções por minuto), então temos que mudar isso.
- Uma revolução por minuto (rpm) = 60 revoluções / segundo = 60 rps, mas uma revolução por segundo = 2 X pi radianos por segundo
- Assim, a potência em Joules por segundo de um aparelho giratório, produzindo um torque, L, e girando a uma velocidade S rpm, é
- Potência = S / 60 X (2 pi) X L em J / s e como escrito anteriormente, para convertê-lo em cavalos de força, você deve dividir por 746 ou
- Potência do motor = (2 pi) /44,760 X L X S onde L é o torque medido em metros Newton (geralmente com um freio Prony) e S é a velocidade de rotação em r.p.m que pode ser medida com um contador, estroboscópio, laser, etc. Desta forma, as curvas de desempenho dos motores de automóveis e motocicletas podem ser representadas na forma de um gráfico de torque versus r.p.m. e potência (hp) versus rotação do motor em r.p.m. e os técnicos automotivos podem ver seu desempenho ideal nesses gráficos.
