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Caballo de fuerza

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El caballo de fuerza es una unidad de potencia, originado en Inglaterra con el nombre de Horsepower (HP). En español, también se le suele llamar caballo de potencia —ya que es una unidad de potencia y no de fuerza— para evitar la ambigüedad del nombre en inglés ("power" significa tanto "fuerza" como "potencia", según el contexto),

Definición

Se define como «la potencia necesaria para elevar verticalmente un peso de 33.000 librafuerzas, a la velocidad de 1 pie/minuto».

Equivalencias

  • 1 CV = 735,49875 W.
  • 1 HP = 745,69987158227022 W.
  • 1 HP = 1,0138 CV.
  • 1 CV = 0,9863 HP.

Aunque el caballo de fuerza no es una unidad del Sistema Internacional, es de uso extendido en todo el mundo, sobre todo para medir la potencia de los motores de combustión y los eléctricos. Lentamente se va sustituyendo por el KW.

Historia

En los albores de la revolución industrial se produjo en Inglaterra el desarrollo de la máquina de vapor en cuyo perfeccionamiento fueron claves las aportaciones del ingeniero escocés James Watt. Sin embargo, la medida de la potencia de sus máquinas no fue del interés de Watt en un primer momento ya que en sus primeras máquinas introdujo un sencillo —en teoría— sistema de facturación. En 1776 construyó una máquina para John Wilkinson en la cual la firma Boulton & Watt cobró sin beneficio por las piezas que fabricó estableciéndose un pago anual en función del ahorro de carbón resultante de la utilización de la máquina de Watt que tenía una mayor eficiencia que sus predecesoras.

Este sistema de facturación era, no obstante, muy dificil de llevar a la práctica, más aún, a medida que la máquina de vapor extendía su reino fuera de las minas en otras actividades industriales resultaba ya imposible efectuar la comparación anterior al no haberse introducido en ellas la máquina de vapor. Fue así necesario escoger un criterio distinto y este fue el caballo, animal de tiro por excelencia. En 1786 Boulton escribía «las máquinas ya están siendo solicitadas y abonadas mediante pagos anuales de 5 libras por caballo de fuerza».

Según la versión más extendida Watt determinó que un caballo podía hacer girar la rueda de un molino 144 veces por minuto con una fuerza de 180 libras, dado que el diámetro de la rueda era de 12 pies, el caballo recorría 2,4 × 2π × 12 pies por vuelta, de modo que estimó que la potencia que era capaz de desarrollar era:

 P = \frac{W}{t} = \frac{F \times d}{t} = \frac{(180 \mbox{ lbf})(2,4 \times 2 \pi \times 12 \mbox{ ft})}{1\ \mbox{min}}=32,572 \frac{\mbox{ft} \cdot \mbox{lbf}}{\mbox{min}}

Resultado que fue redondeado a 33.000. En la obra Engineering in History se relata sin embargo que John Smeaton —ingeniero que analizó y perfeccionó la máquina de vapor de Newcomen, predecesora de la de la Watt— estimó inicialmente que un caballo podía desarrollar un potencia de 22.916 libras pie/minuto, John Desaguliers incrementó esta cifra hasta 27.500, Watt determinó experimentalmente en 1782 un valor de 32.400 y finalmente Watt y Boulton tipificaron la cifra en 33.000 libras pie/minuto.

Diversas fuentes consideran el arbitrario incremento de la estimación de Watt —muy superior al resultado obtenido por Smeaton, Desaguliers o Rankine, éste último estimó un valor de 25.920 libras pie/minuto— como pura mercadotecnia con el único propósito de hacer más atractiva su máquina, ignorando que cuanta mayor fuera la potencia de un caballo menor número podría sustituir cualquiera de sus máquinas. Lo cierto es que con ello Watt sólo perseguía incrementar la fiabilidad de sus máquinas contruyendolas con una potencia mayor de la que en función de los conocimientos de la época hubiera sido necesaria al igual que los ingenieros emplean hoy día coeficientes de seguridad en sus cálculos.

No es por ello de extrañar que cuando el caballo de fuerza se extendió por Europa a principios del siglo XIX se adoptaran valores distintos para él; diferencias que no se explican de forma satisfactoria con el uso de los valores locales del pie y la libra.

Símbolo País Valor
(lb·pie/s)
Equivalencia (W)
HP (horsepower) Inglaterra 550 745,69987158227022
PS (pferdestärke) Austria 430 746,472
Prusia 480 738,686
Sajonia 530 735,940
Hannover 516 739,039
Württemberg 525 737,852
Baden 500 735,4988
PK (paardekracht) Holanda
CV Métrico

Sea como fuere, la utilización del caballo de fuerza se vio fuertemente influenciada por el monopolio de Watt y Boulton hasta el punto que inicialmente ni siquiera se trataba de una unidad de medida al uso sino más bien un método objetivo de determinar el tamaño requerido del modelo de Watt para aplicaciones en las que se venía utilizando caballos como fuente motriz. Tanto es así que John Bourne en su obra "A Catechism of the Steam Engine" (1856) reproduce el siguiente diálogo con un aprendiz imaginario:

—Entonces cuando hablamos de una máquina de 200 caballos de potencia ¿significa que la eficacia es la misma que la de 200 caballos cada uno de ellos elevando 33.000 libras un pie de altura en un minuto?.

—No, no hoy día; ése era el caso en las máquina de Watt pero desde su época la capacidad del cilindro equivalente a un caballo de fuerza se ha visto incrementada así como se ha incrementado también la presión sobre el pistón de modo que lo que hoy se conoce como una máquina de 200 caballos desarrolla, en la mayoría de los casos, una potencia superior a la equivalente en tiempos de Watt y el caballo de fuerza se ha convertido en su expresión vulgar en la forma convencional de referirse a un cierto tamaño de máquina sin relación directa con la potencia desarrollada por la misma.

La situación relatada por Bourne se repitió siglo y medio más tarde con la implantación de los caballos fiscales para el cálculo de tasas de circulación en diversos países en los que el criterio se basó no en la potencia del motor sino su tamaño desvirtuando las mejoras introducidas en los motores la relación que incialmente pudo existir entre la potencia real y la fiscal y haciendo que motores modernos fueran capaces de desarrollar una potencia superior a la de los motores de mayor antigüedad a pesar de tener ambos igual fiscalidad.

Referencias

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Fuentes empleadas y notas


Otras fuentes de información