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Par motor: qué es y cómo influye en el rendimiento del coche

Cuando hablamos de las cifras prestacionales de un coche en concreto, nos guste el mundo de la automoción o no, una de las primeras preguntas que nos hacemos es “¿cuánto corre?” Cuando vamos conduciendo por la carretera y pisamos el acelerador con ganas decimos “¡qué potencia tiene!”.

Esta es una acepción mal empleada. Al igual que peso (fuerza gravitatoria que actúa sobre un objeto) no es igual a masa (cantidad de materia que posee un cuerpo), no es lo mismo potencia y par motor.

Qué es la potencia…

Potencia es un término que ha calado mejor en nuestro subconsciente, pero no es la medida que nos indica “cuánto corre un coche”. En el ámbito de la física, la potencia se define como aquella magnitud que mide una cantidad determinada de trabajo ejercido en una unidad de tiempo.

Trasladado al motor de combustión, la potencia es el resultado de multiplicar el par motriz por el número de revoluciones a la que gire el cigüeñal, prácticamente el mismo (de no ser por las fricciones que surgen en la caja de cambios y transmisión) si se realiza la misma operación entre el par que generan las ruedas motrices sobre el asfalto y la velocidad de giro de la mismas.

…Y qué es el par motor

El par motor o par de torsión es la magnitud física resultante de multiplicar la fuerza aplicada sobre un cuerpo por la distancia entre este y el punto de apoyo de dicha fuerza. Es la ley de la palanca: cuanto más larga sea una palanca, más masa es posible desplazar.

El par es un parámetro que mide la potencia necesaria para que el eje del cigüeñal gire a un número determinado de vueltas Es decir, la fuerza que ejerce la explosión sobre el pistón multiplicado por la superficie de éste y el número de cilindros. Sin embargo, como veremos más adelante, el par motor es una cifra variable. No se tiene en cuenta la energía adicional para modificar la velocidad angular del cigüeñal.

Si alguien te pregunta si es mejor el par o la potencia, no hay respuesta técnicamente adecuada para responder. Un propulsor sin par motor no tendría potencia; son magnitudes ligadas una a la otra.

Grosso modo, podríamos decir que el par determina la capacidad de nuestro coche para alcanzar una determinada velocidad, mientras que la potencia define la velocidad máxima que el vehículo pude alcanzar. Sin embargo, ambas magnitudes son continuamente variables, dependen de las relaciones de la caja de cambios, el arrastre aerodinámico, la masa, el coeficiente de rozamiento entre los neumáticos y el asfalto, etc.

Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria. Quiere decir que las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto – Tercera ley de Newton

El primer concepto que hay que tener claro es que un motor de combustión interna genera energía gracias a la mezcla entre aire y combustible dentro de las cámaras de combustión. La energía de la explosión empuja linealmente el pistón en sentido contrario a la culata del motor.

La importancia del número de cilindros

Cada cilindro está unido mediante bielas a un cigüeñal, transformando la energía lineal en rotacional. Cuando la mezcla de aire y gasolina termina de quemar, el pistón desciende al final de la cámara y la biela gira 180 grados. De completar los otros 180 grados se encarga el cigüeñal y la inercia del pistón.

Por tanto, la fuerza que el pistón ejerce sobre el cigüeñal es variable durante todo el proceso de expansión. Los valores de potencia y par van desde sus mínimos en el primer giro de cigüeñal hasta alcanzar sus máximos en el momento que el combustible es inyectado en la cámara y el cigüeñal ha completado un giro de 90 grados.

En los motores de combustión interna de cuatro tiempos, tan sólo una de cada dos vueltas genera una explosión. El resto del giro se emplea para bombear los gases de escape y mezclar el combustible y el aire antes de ser quemados

En la mitad de giro restante, las cifras vuelven a caer hasta casi cero. Es decir, por cada vuelta completa de cigüeñal hay un “pulso”, y cuantos más cilindros, más “pulsos” por minuto habrá. Cada “pulso” es una vibración, y es por ello por lo que, sobre el papel, los bloques con más pistones tienen un funcionamiento más homogéneo, sin apenas movimientos parásitos.

Si un motor de tres cilindros gira a 1.000 revoluciones por minuto será capaz de entregar diez momentos de fuerza. Un bloque de seis tendrá el doble, y uno de doce el cuádruple. Aunque si echamos un vistazo a la historia del automovilismo, desde sus albores hasta nuestros días, las mecánicas más utilizadas han sido aquellas formadas por cuatro cilindros. De esta forma, al mismo tiempo que un cilindro está haciendo el proceso de combustión, los otros tres se encargan de los movimientos restantes de un motor de cuatro tiempos: escape, admisión y compresión.

Y aquí es donde comienza a surgir la problemática, hay muchos factores interdependientes que hacen variar la cifra de par. La velocidad a la que ocurren las cosas es uno de ellos: cuantos más ciclos completados existan por minuto, más rápido tiene que ser el proceso de combustión.

Pero el motor no trabaja siempre a las mismas revoluciones debido a todo lo explicado anteriormente. Para adaptar el momento combustión a su punto más óptimo, los diseñadores de la industria automotriz se han estado quebrando los sesos para aprovechar la mayor cantidad de energía en el mayor rango de revoluciones de giro del motor.

El ser humano, puede percibir interrupciones ante una fuerza de aplicación continua si estas superan la décima de segundo –de media– entre una y otra. Por eso percibimos más vibraciones en motores de uno, dos o tres cilindros

Un motor diseñado para facilitar el trabajo de explosión (con grandes válvulas de admisión y escape que ayuden a quemar rápido la mezcla) entregará mucho par, pero únicamente cuando el cigüeñal esté girando a altas velocidades. Por tanto, será un motor cuyo potencial de máximo rendimiento tan solo se puede conseguir en la zona alta del cuentavueltas.

En contrapartida, un motor donde el movimiento del pistón es más lento ofrecerá más par a bajas revoluciones, pero no rendirá de la misma forma cuando en número de vueltas por minuto se vaya incrementando. Los primeros se asocian a bloques cuyo diámetro del pistón es superior a la carrera. Por ende, los segundos gozan de mayor carrera frente al diámetro.

Queda claro que el par que ofrece el motor de combustión es continuamente variable, ya sea en función de cada ciclo de combustión o de la velocidad de rotación del motor. Con el fin de mantener el par en un rango más amplio de revoluciones y hacer los motores más aprovechables y eficientes, los fabricantes han recurrido a sistemas como la inyección electrónica, la sobrealimentación o la hibridación, entre otras cosas.

Por poner un ejemplo, el propulsor de 2.0 litros que estrena el nuevo Toyota Corolla consigue una eficiencia térmica del 42% acoplado a un sistema híbrido, la más alta conseguida hasta ahora en coche de producción.

La función de la caja de cambios

La energía cinética generada por la rotación de las bielas ha de transmitirse a las ruedas para que estas impriman su movimiento sobre el firme. El eje del cigüeñal, a través del embrague, transmite su energía a la caja de cambios. La potencia tan solo se ve alterada –siempre a la baja– por las pérdidas ocasionadas por el rozamiento. Sin embargo, el par motor si puede variar al alza.

Una caja de cambios está formada por múltiples ruedas dentadas de distintos tamaños que envían la energía entre sí por el mero hecho de estar engranadas unas con otras. Por tanto, bajo el principio de conservación de la energía (la energía no se crea ni se destruye; solo se transforma de unas formas en otras.), la caja de cambios multiplica el par y reduce la velocidad de giro de los ejes a cambio.

Los distintos tamaños de coronas dentadas que conforman una caja de cambios hacen referencia a su número de marchas/relaciones:

  • Marchas cortas: un engranaje pequeño hace girar uno más grande. Entonces el par es mayor a costa de perder velocidad.
  • Marchas largas: Si los dos engranajes tienen un diámetro similar o más pequeño, el par será menor a cambio de una mayor velocidad de giro.

Este “salto” de par entre corona y corona es el causante de la variación de la entrega de par a la hora de ganar velocidad. Por esta razón, cada vez es más frecuente ver a empresas automotrices desarrollar cajas de cambios con un gran número de relaciones. Así el motor trabaja el mayor tiempo posible en su zona más óptima con la menor variación de régimen posible.

Si requerimos un empuje instantáneo, es más fácil para el motor incrementar su giro en una marcha. La razón es aplicar la teoría de las líneas previas a la práctica. Cuanto más alta sea la marcha, mayor será la velocidad de giro de las ruedas, pero menor la fuerza que estas generen sobre la carretera. Y viceversa, las ruedas motrices girarán más lentamente pero con más energía, a costa de una velocidad inferior.

También existen otros factores físicos que se anteponen a nuestro movimiento, como el aumento directamente proporcional de la resistencia aerodinámica y la velocidad lineal, o el coeficiente de arrastre entre los neumáticos y el asfalto.

A fin de cuentas, lo importante es conocer una variable cuantitativa tan usada en el mundo de la automoción y tan desconocida en su concepto como es el par motor. Tengas un coche atmosférico, sobrealimentado, diésel, gasolina, híbrido o eléctrico, lo mejor para el usuario es un par cuanto más constante y amplio en su rango de revoluciones. Y si además de ser un motor lleno en su margen óptimo, la cifra alta de Newton metro es elevada, “más andará tu coche”.

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