Nije sve u “konjima”
Razlika između obrtnog momenta i snage – i zašto je to važno
Iako se često spominju u istom dahu, obrtni moment i snaga nisu isto jer opisuju dvije različite, ali povezane karakteristike rada motora...
Kada čujete da neki automobil razvija, na primjer, 600 kW i 1.000 Nm, jasno vam je da je riječ o snažnoj mašini, ali šta te brojke zaista znače? Jesu li to dvije različite vrste „snage“ i zašto se uvijek navode zajedno? Obrtni moment (izražava se u njutnmetrima – Nm) predstavlja mjeru sile uvrtanja. Kod motora, ta sila djeluje na radilicu.
U najjednostavnijem obliku: Obrtni moment = sila × krak (udaljenost od centra rotacije)
Zamislite da pokušavate otpustiti zarđali šraf - ako koristite duži ključ, lakše ćete ga okrenuti jer duža poluga stvara veći obrtni moment uz istu primijenjenu silu. Upravo tako funkcioniše i agregat.
U motoru sila dolazi iz sagorijevanja smjese goriva i vazduha, a krak predstavlja poluprečnik radilice (odnosno hod klipa). Zato motori veće zapremine uglavnom proizvode više obrtnog momenta jer imaju veće klipove i duži hod, što znači veću silu i veći krak. Turbopunjači i kompresori dodatno povećavaju moment jer ubacuju više vazduha u cilindar, što omogućava jače sagorijevanje.
U praksi, obrtni momenat je ono što osjetite kada vas automobil snažno povuče iz mjesta ili kada bez napora ubrzava pri nižim obrtajima. Vozila koja vuku prikolice ili teret posebno zavise od visokog obrtnog momenta.
Snaga: koliko brzo se ta sila pretvara u rad
Snaga se u Evropi izražava u kilovatima (kW), a često i u konjskim snagama (KS).
1 kW iznosi približno 1,36 KS.
Snaga ne govori samo koliko je motor jak, već i koliko brzo može obavljati rad, a u obzir uzima i obrtni moment i brzinu obrtaja motora.
Formula u evropskim jedinicama glasi: Snaga (kW) = (Obrtni moment × broj obrtaja u minuti) / 9550
Ovdje je ključno razumjeti da motor ne proizvodi isti moment pri svim obrtajima jer obično moment raste do određene tačke, a zatim opada. Snaga, međutim, zavisi i od broja obrtaja, pa često dostiže vrhunac pri višim okretajima.
Drugim riječima obrtni moment govori koliko snažno motor okreće, a snaga govori koliko brzo može koristiti tu silu. Zato sportski benzinski motori često imaju manje momenta pri niskim obrtajima, ali postižu veliku snagu pri visokim obrtajima. Suprotno tome, dizelski motori imaju visok moment pri niskim obrtajima, ali se ne vrte tako brzo, pa im je maksimalna snaga relativno manja.
Zašto se uvijek navode zajedno?
Jedan bez drugog ne daje potpunu sliku jer motor može imati ogroman obrtni moment, ali ako se ne vrti brzo, njegova ukupna snaga neće biti velika, a isto tako, motor koji se vrti vrlo brzo, ali nema dovoljno momenta, neće imati impresivnu snagu. Snaga je zapravo matematički rezultat obrtnog momenta i broja obrtaja.
Zanimljivo je da se krivulje momenta i snage na grafikonima uvijek sijeku pri 5.252 obrtaja u minuti ali samo kada se koriste američke jedinice (lb-ft i hp). U evropskom sistemu ta podudarnost ne postoji jer su konstante drugačije.
U stvarnoj vožnji razlika se osjeti ovako: Obrtni moment je zaslužan za snažno kretanje iz mjesta i energično ubrzanje pri nižim brzinama, a snaga dolazi do izražaja pri višim brzinama i utiče na maksimalnu brzinu.
Naravno, stvarne performanse zavise i od mase vozila, aerodinamike, prenosnih odnosa mjenjača i gubitaka u pogonskom sistemu. Snaga koja se mjeri na radilici (tzv. bruto snaga) uvijek je nešto veća od one koja zaista stiže do točkova.
Poseban slučaj: električni automobili
Električni motori razvijaju maksimalni obrtni moment gotovo trenutno, već od nula obrtaja. Zato električni automobili djeluju izuzetno brzi pri kretanju, međutim, pri višim brzinama njihova snaga može opadati zbog ograničenja baterije i upravljačke elektronike.
Istorijski kontekst
Pojam „konjska snaga“ potiče iz 18. vijeka, kada je škotski inženjer James Watt pokušao objasniti koliko su njegove parne mašine snažnije od konja. Na osnovu posmatranja rada konja u rudnicima, definisao je jedinicu koja je kasnije postala standard. Po njemu je nazvana i jedinica snage – vat (W).