Metodi per la misura della potenza del motore

Facciamo qualche doverosa premessa

DEFINIZIONE DI POTENZA E COPPIA:

La potenza, in fisica, è definita come il lavoro (L) compiuto nell'unità di tempo (t).
Nel caso di energia meccanica (lavoro), la potenza corrisponde anche al prodotto della forza per la velocità del punto di applicazione: P= F x v Nel caso di moti rotatori, quindi nel caso di motori endotermici, la potenza è data dal prodotto della coppia (momento di una forza) per la velocità angolare (numero di giri).

La coppia motrice è il momento torcente (spinta) applicato dal motore ad una trasmissione. Essa varia al cambiare del regime di rotazione del motore con un andamento dipendente dal tipo di motore ed ha un valore massimo in corrispondenza di un determinato regime. Nel caso del motore endotermico la coppia motrice indica l'energia sviluppata dal motore nel singolo ciclo ad un determinato regime.

Nel Sistema Internazionale (SI) la potenza si misura in watt (W), come rapporto tra unità di energia in joule (J) e unità di tempo in secondi (s).

L'unità di misura del momento torcente nel Sistema internazionale è il newton per metro (Nm), detto anche newton-metro.

Mi soffermo brevemente sul concetto di misura della coppia (momento torcente) con un esempio:
si può infatti esemplificare il concetto di momento torcente considerando il caso di una chiave inglese che agisce stringendo un bullone. Se la chiave è lunga 1 metro e si applica una forza di 1 newton, il momento torcente risultante sul bullone sarà di 1 Nm (1 m × 1 N = 1 Nm). Lo stesso risultato può però essere ottenuto anche con una chiave lunga mezzo metro, purché si applichi una forza di 2 newton (0,5 m × 2 N = 1 Nm), oppure con una chiave lunga 2 metri ed una forza di mezzo newton (2 m × 0,5 N = 1 Nm).

Per diversi motivi storici, si possono incontrare unità di misura della potenza diverse da quella prima indicata, nate dall'uso di misurare l'energia e il tempo con unità diverse, a seconda del campo di applicazione. Nel campo automotive esse sono:

- Cavallo vapore: Il cavallo vapore è il nome di varie unità di misura (non SI) della potenza. Nelle pubblicazioni scientifiche si usa pressoché esclusivamente l'unità del Sistema Internazionale, il watt. Tuttavia l'idea del cavallo vapore sussiste come concetto in varie lingue e nazioni, principalmente per determinare la potenza di un motore di un veicolo in modo piuttosto immediato.

- Cavallo vapore europeo (DIN): Il cavallo vapore europeo (secondo le misurazioni DIN -"Deutsches Institut für Normung") è un'unità ancora molto diffusa in Europa. La sua abbreviazione cambia da Stato a Stato:

- "PS" in Germania (Pferdestärke, "forza del cavallo")
- "pk" nei Paesi Bassi (paardenkracht, "forza del cavallo")
- "ch" in Francia (chevaux, "cavalli" sottointeso "vapore" perché CV in Francia indica la potenza fiscale)
- "CV" in Italia, Spagna e Portogallo (cavallo vapore, caballo de vapor, cavalo de vapor)

La sua definizione è però unica:
1 CV = 75 kgp•m/s = 735,49875 W

Anche per la misura della coppia si utilizzano altre unità di misura: kgm (chilogrammetri); il kg è dato da N/9,81, quindi i valori di coppia espressi in Nm saranno 9,81 volte quelli espressi in kgm.

In un qualunque mezzo di trasporto, la velocità massima si raggiunge in corrispondenza dei giri di potenza massima (necessita di un'adeguata e dedicata rapportatura del cambio) e l'accelerazione massima si raggiunge in corrispondenza dei giri di coppia massima, perché la forza con cui il veicolo vince l'inerzia e la resistenza aerodinamica dipendono dalla potenza, o per meglio dire dalla coppia per il numero dei giri.

CALCOLO POTENZA:

Potenza in Watt = coppia in newton metro * numero di giri al minuto /60

Quindi, per la formula di cui sopra, per calcolare la potenza di un motore dobbiamo essere in possesso di due valori: il numero di giri al minuto del motore e il valore di coppia. Sicuramente possiamo agevolmente conoscere i giri motore con elevata precisione ma il valore di coppia ??

Come ben sappiamo, per conoscere l'esatto valore di potenza, bisogna porre il motore su di un banco apposito: al banco c'è un freno idraulico con dentro una girante e un ugello di strozzauta e una bilancia (a braccio calibrato) con cui si misura la coppia. Contemporaneamente si misura con un contagiri (o con un pik-up su ruota fonica o denti del volano, oppure, infine, leggendo il dato dalle risorse di autodiagnosi) la velocità angolare (quindi i giri): abbiamo ciò che ci occorre e il risultato è istantaneo.

Ho utilizzato per molti anni, in passato, banchi "Borghi & Saveri" nella Sala Motori per l'Azienda per cui ho lavorato fino al 2004 e, per mia esperienza, è l'unico metodo che offre garanzia e "attendibilità" del dato per i motivi che, spero, abbiate compreso leggendo questa mia sintetica esposizione

Ad onore del vero, oltre ai "banchi a rulli", "circolano" diversi software che, tramite acquisizione di alcuni parametri E-OBD, "calcolano" il valore "atteso" di potenza: è chiaro che stiamo parlando di qualcos'altro...

Anche sui "banchi a rulli", per quanto fin'ora detto, ci sarebbe da discutere visto il metodo di misura adottato.

P.S.: per la cronaca TUTTI i Costruttori e le Scuderie (anche di F1) utilizzano i banchi frenati per "misurare" il valore di coppia e determinare quindi il valore di potenza di un motore.