Como comparar hp de um motor

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Unidades de medida distintas são usadas para quantificar potência dos veículos; entenda os motivos

Quando pesquisamos por um veículo, é normal olharmos todas as suas especificações técnicas — inclusive, claro, a potência do motor. Existem, no entanto, unidades de medidas distintas para quantificar a potência. Você sabe qual é a diferença entre elas, e por que existem? Então vamos lá. As origens das unidades vêm de muito tempo, do século 18, de quando o engenheiro britânico James Watt aprimorou a máquina a vapor. Watt comparou sua criação com cavalos, que trabalhavam em minas de carvão, e definiu que era necessário 1 hp (horsepower, ou “cavalo-de-força” em tradução livre) para levantar uma massa de 75 kg a 1 metro em 1 segundo.

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A unidade até hoje é usada em diversas partes do mundo, como Inglaterra e Estados Unidos, para quantificar a potência de um motor. Aqui no Brasil, porém, aplicamos outra medida: cv (cavalo-vapor). Tanto é que a maioria dos fabricantes do país divulgam suas fichas técnicas com o cv. O cavalo-vapor é uma unidade que não segue o sistema de medida Imperial, dos países de língua inglesa. O cv segue o sistema métrico e isso pode gerar confusão. Veja quais são as equivalências de cv e hp:

1 cv = 735,5 watts 1 hp = 745,7 watts

Com isso, podemos inferir que 1 cv equivale a 0,9863 hp. Enquanto isso, 1 hp corresponde a 1,0139 cv. Ou seja, 1 cv não é a mesma coisa que 1 hp. As medidas não são equivalentes. É muito comum que as pessoas não convertam os dados de uma unidade para outra. Isso faz com que, por exemplo, um motor de 90 hp tenha 91,2 cv de potência.

Conheça as peças básicas que formam um motor Temos ainda outras unidades que são utilizadas para quantificar a potência do motor de um veículo. O kW é a padrão do Sistema Internacional de Medidas (SI). 1 cv equivale a 0,7355 kW, e 1 hp corresponde a 0, 7457 kW.
Já o PS (Pferdestärke) é, basicamente, o cavalo-vapor. Medido segundo uma norma alemã, o PS equivale, assim como o cv, a 735,5 watts. Há também diferenças entre as unidades que indicam o torque, ou seja, a força associada ao movimento giratório. No Brasil, por exemplo, costumeiramente usamos o kgf.m (quilograma-força-metro). O torque também pode ser representado pelo Nm (Newton-metro).
A medição toma como base uma hipotética alavanca de 1 metro. 20 kgf.m, por exemplo, representa uma força de 20 kgf sobre a alavanca. 1 kgf.m corresponde a 9,807 Nm.

We often get asked, “How does the horsepower of a gas or diesel engine compare to the kW rating of an electric motor?”

The simple answer, which is directionally correct, but not precise is that an electric motor of X kW is comparable to a gas or diesel engine with HP 2-3 times higher.

Now, here’s the real answer.  And it comes with a warning label, the following explanation is made overly complex by the inclusion of history, math and the difference between optimal and real-world outputs.

First, we have to look at where horsepower came from.  James Watt, who perfected the steam engine for trains, needed a way to explain how much work a steam engine could do. 

He calculated that a horse could move 33,000 pounds one foot in one minute or 550 pounds per second.  The big challenge with horses (and engines) is that they can’t do this work forever – store this nugget, we’ll come back to it.

Engines are actually producing torque or the rotational equivalent of a linear force.   Remember, horsepower is just a marketing analogy thought up by Mr. Watt, so one has to convert torque to horsepower to measure an engine’s HP. The formula for converting torque to horsepower is: Torque = (Horsepower x 5,252) ÷ RPM.  Therefore, horsepower is measuring the amount of torque that can be created to turn the propeller at a certain RPM and cause the boat to move forward.

So, what we really need to be thinking about is torque and this brings us to why electric motors are better than gas engines.

Gas and diesel engines have a torque curve with a prominent peak as you can only achieve that output at a specific level of RPMs that the engine was rated at by the manufacturer.  Additionally, engine specific factors such as how recently your oil was changed, whether your engine room is well ventilated, what type of fuel filter you are using and environmental conditions such as humidity, air pressure and temperature also affect the torque output of a gas or diesel engine.  Because of this, you almost never get the rated horsepower capacity of an engine out of it (just like a horse can’t achieve its power potential on a scorching hot day compared to a nice cool morning).  This inability for gas and diesel engines to achieve their rated horsepower is what makes comparing HP to kW difficult.  Electric motors have a more constant output across a range of conditions and this you have the potential power of the motor available to you all the time.  

As a boater, what you really need to know is that whatever electric motor or gas engine you have is sized correctly for your boat.  

To do this, you will want to use the boat’s displacement, length of the waterline, keel size and shape, rudder size and shape and a few other factors to estimate the power consumption measured in kilowatts to achieve speed.  This is the power consumption curve for the Salona S44 done by Oceanvolt.  The goal is to get a motor that is big enough for you to achieve hull speed, but not try to push the boat past it.  As you can see from the below graph, this takes enormous amounts of energy that would drain your battery quickly for only a marginal gain in speed. Based on this power consumption curve, Oceanvolt recommended a 15kW motor for the Salona S44.  You can see that a 10kW motor would probably work, but might be a tad undersized and a 20kW motor would be overkill.  

Thus, at the end of the day, it is more important to think about sizing your electric motor correctly and not comparing kilowatts to horsepower.  If you ask us at Green Yachts this question, we will be happy to help you figure out your power needs for an electric motor on any boat.  We enjoy helping boaters figure this out a lot more than feeling awkward giving the above overly simple or overly complex answers when asked to compare engine horsepower to electric motor kilowatts!

O que é potência? É uma medida do trabalho que um cavalo pode fazer em uma hora, inventado no tempo dos motores a vapor, a fim de entender o que eles poderiam fazer, numa época em que todo o trabalho era feito por humanos e cavalos. Como de costume, antes do SI, havia muitas definições de cavalos de potência. Aqui está o do wiki, sobre o que um cavalo métrico poderia fazer:

Observe que há um elemento de tempo na imagem: se o cavalo leva o dia inteiro para aumentar o peso de um metro de altura, ele não é muito poderoso.

Hoje em dia, a unidade de energia é o Watt, depois de James Watt, que cunhou a unidade de potência para vender seus motores a vapor. É definida como a força em Newton, necessária para mover 1 kg em um metro em um segundo:

$$ 1 W = 1 \ frac {N \ cdot m} {s} $$

Nessas unidades, você pode ver uma força vezes uma velocidade, e essa é uma maneira de ver qual é a potência: você precisa de mais potência para dirigir mais rápido em uma colina. Mas estas são entidades lineares, e a maior parte da energia é feita por motores rotativos. As unidades rotativas são o torque (N * m) e a velocidade do giro do motor (rad / s).

Com motores, faz diferença onde a potência é medida. Sempre há perdas causadas pelo atrito e pela conversão de energia, e quanto mais próximo você mede no eixo de saída do motor, maior a leitura. Isso é o que os fabricantes de veículos preferem: a potência do motor do carro é medida no virabrequim, não nas rodas que realmente o impulsionam pelas estradas, porque entre o motor e as rodas há perdas de transmissão.

A pergunta por que a potência é usada para classificação do motor, e não força ou torque, é interessante. É a força que nos acelera: $ F = m \ cdot a $. Podemos engrenar a força do motor ou a saída de torque conforme necessário - se a engrenagem não tivesse perdas, a potência antes e depois da mudança seria a mesma. Portanto, a potência é útil para comparar as capacidades dos motores, independentemente das marchas. No entanto, eles sempre serão os recursos máximo .

Com uma aeronave, a potência do motor precisa impulsionar a aeronave através da hélice. A hélice entrega o impulso T e pode conduzir o avião na velocidade V, sendo a velocidade máxima onde o arrasto é igual ao impulso. A potência do motor é impulsionada vezes a velocidade no ar, mais a potência necessária para superar as perdas: perdas mecânicas devido ao atrito e perdas aerodinâmicas devido à eficiência da hélice.

Sua pergunta sobre ter uma aeronave com um quarto do peso e tamanho similar. O empuxo é necessário para superar o arrasto aerodinâmico, tanto o arrasto de fricção quanto o arrasto induzido pela elevação. Arraste de fricção permanecerá igual, o arrasto induzido pelo elevador será 1/4 da versão de peso total. Você precisará de mais de 45 hp para que a aeronave de um quarto de comprimento possa viajar na mesma velocidade de cruzeiro.

A imagem é desta fonte mais informativa : o poder parasita permanece o mesmo, o poder induzido diminui um fator 4. Observe que em baixas velocidades a potência induzida é dominante, em altas velocidades a potência parasita é dominante. Assim, com um motor de 45 hp, você sairá do chão se o peso for reduzido pelo fator 4, mas a velocidade máxima será muito menor.