Desde que los automóviles y otras máquinas semejantes forman parte de nuestra vida es habitual hablar de la potencia de los mismos. En algunas ocasiones, a modo de chiste mas o menos gracioso; cuando queremos señalar que un automóvil no corre lo que debiera o que un tractor no es capaz de arar como nos gusta se suele decir que los caballos de potencia de esas máquinas son en realidad burros. En este artículo veremos lo que es realmente un caballo de potencia; es decir la definición físico-matemática de este concepto. El nombre correcto no es caballo a secas, si no caballo de vapor, (C.V.); aunque por comodidad se dice simplemente caballo y punto; lo que nos hace pensar de inmediato en el susodicho animal que se supone que es capaz de correr o de transportar más peso que un burro; lo que explica lo del chiste.
Ignoro si son muchos los que se habrán preguntado el porqué de este nombre. Yo no lo sé; pero buscando en la Red hallé un artículo del “blogg” de un tal Alfred López (fecha 27-5-2.009); el cual tomando como fuente a Fernando García Quismondo explica el origen de este nombre. Leyendo con detalle este artículo se comprueba que en efecto este nombre de la unidad de medida de la potencia; tiene algo que ver con los caballos, esos animales que durante siglos fueron compañeros inseparables de los humanos. De modo muy resumido lo que dice este artículo es que en el siglo XVIII, el ingeniero escocés James Watt diseñó unas bombas que servían para achicar el agua de las minas. Hasta entonces el agua que era preciso extraer para que la explotación minera fuese rentable; era bombeada gracias a artefactos movidos por caballos. Supongo que sería algo similar a las norias que hemos conocido hasta hace poco. James Watt perfeccionó una máquina o un artefacto que mediante vapor de agua era capaz de extraer el agua de las minas; evitando así tener que recurrir a los caballos. Además James Watt, como buen ingeniero calculó el trabajo que desarrollaban sus máquinas comparándolo con el realizado por los caballos y así explicaba a sus clientes el número de los caballos de los que se podía prescindir; sustituyéndolos por sus máquinas, que funcionaban a base de calentar agua en un recipiente cerrado para producir el vapor que accionaba el mecanismo de extracción del agua. Esto era lo que en definitiva interesaba en la práctica. De este modo si una de las bombas de vapor de J. Watt servía para prescindir de un caballo; se decía que era una bomba de un caballo,…es decir de un caballo de vapor. Así surgió el nombre de caballo de vapor.
TRABAJO (ENERGIA)
No obstante esto era un modo de cálculo “chapucero”, aunque necesario para que los ciudadanos corrientes del silgo XVIII, lo entendiesen. No todos los caballos son iguales, ni un mismo animal desarrolla siempre el mismo trabajo; por ello desde el punto de vista físico-matemático la definición de caballo de vapor se hace de un modo mucho más preciso. En física y a fin de poder cuantificar el trabajo (o energía que son términos equivalentes), se define el trabajo (o la energía) como el producto de una fuerza por un espacio. Una fuerza que aplicada a una masa de 1kg. le produce una aceleración de 1metro por segundo cada segundo, es un newton. Si esa fuerza que da lugar a una aceleración de 1m/s2, hace moverse al objeto de masa 1kg , un metro, decimos que estamos desarrollando un trabajo de 1 julio. Es decir el producto de un kilogramo, por 1 metro/segundo cada segundo y por un metro. Como la Tierra (fuerza gravitatoria) a cualquier masa le proporciona una aceleración de 9,81 m/s2 resulta que la fuerza con la que esta atrae a una masa de un kg. son 9,81 newtons. Por ejemplo, si tenemos una bolsa que tiene 1 kg. de masa y lo levantamos 1 metro hacia arriba, puesto que La Tierra lo atrae de tal modo que dejado caer le produce una aceleración de 9,81 m/s2, lo que estamos haciendo es aplicar (para contrarrestar la atracción gravitatoria) una fuerza de 1kg. 9,81 m/s2 durante un espacio de 1 m.es decir 9,81 julios. El trabajo es en definitiva, el resultado de multiplicar la masa, por la aceleración y por el espacio.
POTENCIA.
Ahora bien si ese trabajo o esa energía necesaria para mover la mas de 1kg.la realizamos en un segundo, no es lo mismo que en un minuto. Aquí entra el concepto de potencia. Es la relación o división entre la energía y el tiempo. Cuanto mas alto sea el cociente lógicamente mayor es la potencia. Como unidad de potencia se emplea el watio, que se define como la potencia desarrollada cuando el trabajo de un julio lo realizamos en un segundo. En nuestro caso si levantamos 1 metro, una piedra de 1kg. y lo hacemos en un segundo estamos desarrollando una potencia de 9,81 watios. El watio es pues la realización del trabajo de un julio en sólo un segundo. Si se hace en 2 segundos ya estaremos hablando de sólo 0, 5 watios y si lo hacemos en sólo 0,5 segundos la potencia será lógicamente de 2 watios. En la práctica mas que hablar de watios (W) o Kw (1000 watios), se habla de una unidad que contiene un número concreto de watios es el caballo de vapor.(CV).Un CV son 735 W, es decir 75 x 9,8. Luego ¿que deberíamos hacer para desarrollar una potencia de 1 CV?.
Pues en un segundo levantar 1 metro una masa de 75 Kg. Un saco de tierra por ejemplo. Ciertamente para una persona es un esfuerzo considerable; pues ese metro hay que hacerlo en vertical; es decir en contra de la aceleración de la gravedad. No vale arrastrar el saco y punto. Matemáticamente lo expresamos así: F= m.a = 75kg.9,81 m/s2 = 735,73 newtons. Al desplazarse 1 m. serían 735 julios y al hacerlo en 1 segundo, 735 watios. ….pero claro levantar 75 kg. 1 m. y en un segundo es un esfuerzo considerable, como he señalado. Es más fácil probar con sólo 20 kg., sólo medio metro y eso si en un segundo. ¿Cuánto sería?
F= m. a = 20 kg. 9,81m/s2 =196,2 newtons. Esto por 0,5 m será = 98,1 julios y en un segundo son por tanto 98,1 W. que dividido entre 735 nos resulta 0,133CV. Es decir lo que un hombre desarrolla con facilidad es una potencia de 0,133 CV. Es interesante señalar lo de que “con facilidad”. Cualquier persona es capaz de hacer esfuerzos mucho mayores. Un caballo de verdad desarrolla con facilidad 0,40 CV, pero claro esto es sólo una primera aproximación. Puede desarrollar sin duda una potencia mucho mayor. Un automóvil normalito,( pero de los años 70) 36 CV, una locomotora eléctrica (años 70 también) 4.000CV y así podríamos seguir. Adjunto una imagen de un antiguo libro de Física (años 70 insisto) de 4º de Bachillerato (autor Jesús Rodríguez Gómez); que no precisa mas explicación.
Obsérvese que para una persona calculan una potencia de 0,15 C.V. Esto es sólo una primera estimación. En una carrera de 6 km. por ejemplo y a una velocidad media de 12 km/h. se pueden consumir perfectamente 400 kilocalorías. Esto es un trabajo de 1.674.800 julios; que al ser realizados en 1.800 segundos (media hora); suponen una potencia desarrollada de 930,4 watios es decir de algo mas de un CV. No todo el mundo es capaz de hacer esto; pero dista mucho de ser una proeza.
La medida de la potencia es algo que forma parte de nuestras vidas cotidianas. La energía eléctrica, por ejemplo se factura en kilovatios (Kw). Una potencia normal contratada puede ser, (casa familiar) de 3,3 Kw.es decir 3300 W; esto es 4,48CV por tanto esto supone que se trata de una potencia muy inferior a la que se necesitaría para mover un automóvil a velocidades digamos normales. La potencia se expresa asimismo como el producto de la velocidad por la fuerza. Esto es bien evidente en los automóviles. Si llevan poca velocidad (marcha corta),tienen mucha fuerza y viceversa; ya que el producto de fuerza por velocidad ha de ser siempre una cantidad fija y concreta, es decir la potencia del vehículo.
Hay además muchos tipos de energía y por ello muchos tipos de potencia;….pero esto ya es otro tema que quizá algún día abordaré en alguno de mis artículos.
Rogelio Meléndez Tercero
