La banda de potencia de un motor de combustión interna o un motor eléctrico es el rango de velocidades de funcionamiento en el que el motor puede generar la mayor potencia , es decir, la máxima energía por unidad de tiempo. Esto suele significar que se puede lograr la máxima aceleración dentro de esta banda (a menudo a costa de una menor eficiencia). Si bien los motores tienen un amplio rango de velocidades de funcionamiento, la banda de potencia suele ser un rango mucho más pequeño de velocidad del motor, solo la mitad o menos del rango total de velocidad del motor [1] (los motores eléctricos son una excepción; consulte la sección sobre motores eléctricos a continuación).
En concreto, la banda de potencia es el rango de RPM en torno a la potencia máxima de salida. La banda de potencia de un motor de combustión interna de gasolina para automóviles suele empezar en las velocidades medias del motor (en torno a las 4.000 RPM), donde se produce el par máximo, y termina por debajo de la línea roja tras alcanzar la potencia máxima (por encima de las 5.000 RPM, pero por debajo de las 7.000 RPM). Los motores diésel de los coches y los camiones pequeños pueden desarrollar un par máximo por debajo de las 2.000 RPM, con un pico de potencia por debajo de las 5.000 RPM.
Una transmisión mecánica con una selección de diferentes relaciones de transmisión está diseñada para que la potencia sea satisfactoria en todo el rango de velocidades del vehículo. El objetivo de la selección de las relaciones de transmisión es mantener el motor funcionando en su banda de potencia. Cuanto más estrecha sea la banda, más marchas se necesitan, más juntas en la relación. Mediante una selección cuidadosa de las marchas, un motor puede funcionar en su banda de potencia en todas las velocidades del vehículo. Este uso evita que el motor trabaje a bajas velocidades o que supere las velocidades de funcionamiento recomendadas.
Una banda de potencia estrecha suele compensarse con un dispositivo de distribución de potencia, como un embrague o un convertidor de par, para lograr de manera eficiente una amplia gama de velocidades. Una transmisión continuamente variable también puede evitar los problemas de una banda de potencia estrecha al mantener el motor funcionando a una velocidad óptima.
En los motores de combustión típicos de los vehículos, el par motor es bajo al ralentí, alcanza un valor máximo entre 1.500 y 6.500 RPM y luego cae más o menos bruscamente hacia la línea roja. Por debajo de las RPM del par motor máximo, la velocidad del aire de admisión y, por lo tanto, la mezcla de aire y combustible no es ideal. Por encima de esta velocidad, varios factores comienzan a limitar el par motor, como el aumento de la fricción, el tiempo necesario para cerrar las válvulas y la combustión y el flujo de admisión insuficiente. Debido al aumento de la vibración y el calor, también puede instalarse una limitación de RPM externa. La potencia es el producto del par motor multiplicado por la velocidad de rotación (análogo a la fuerza multiplicada por la velocidad en un sistema lineal), por lo que la potencia máxima se produce en el rango de velocidad superior, donde hay un par motor alto y altas RPM.
En motores turboalimentados y supercargados con potencial para un torque abundante, un sistema de regulación de presión de admisión a menudo limita el torque a una cifra casi constante en todo el rango de velocidad del motor para reducir las tensiones en el motor y proporcionar un manejo constante sin disminuir la potencia máxima.
Las bandas de potencia pueden superar las 14.000 RPM en las motocicletas y algunos automóviles de carreras, como los de Fórmula 1. Estas altas velocidades se alcanzan utilizando pistones ligeros y bielas con carreras cortas para reducir la inercia y, por lo tanto, las tensiones en las piezas. Los avances en la tecnología de válvulas reducen de manera similar la flotación de las válvulas a tales velocidades. A medida que un motor se hace más grande (en particular, su carrera), su banda de potencia se mueve a velocidades más bajas.
En aplicaciones más comunes, un motor de gasolina moderno, bien diseñado y fabricado , con inyección de combustible , controlado por computadora , con múltiples válvulas y opcionalmente equipado con sincronización variable de válvulas que use buen combustible puede lograr una flexibilidad notable en aplicaciones automotrices, con un torque suficiente incluso a bajas velocidades del motor y una potencia de salida relativamente plana de 1500 a 6500 RPM, lo que permite una conducción tranquila y un comportamiento indulgente a baja velocidad. Sin embargo, lograr la máxima potencia para una aceleración fuerte o una alta velocidad en carretera aún requiere altas RPM. Aunque la banda de potencia literal cubre la mayor parte del rango de RPM de operación, particularmente en primera marcha (ya que no hay una marcha más baja a la que cambiar ni ningún "punto plano" en el que el motor no produzca potencia), la banda efectiva cambia en cada marcha, convirtiéndose en el rango limitado en el extremo superior por el limitador o un punto ubicado aproximadamente entre la potencia máxima y la línea roja donde la potencia disminuye, y en el extremo inferior la velocidad de ralentí del motor.
Un motor diésel típico para carretera ("de alta velocidad") tiene una banda más estrecha, generando un par máximo a bajas revoluciones (a menudo, entre 1500 y 2000 rpm), pero también con una caída más pronunciada por debajo de estas revoluciones, y alcanzando la potencia máxima alrededor de las 3500-4500 rpm, perdiendo fuerza rápidamente por encima de esta velocidad. Los motores diésel turboalimentados con turbolag (banda de potencia estrecha y exagerada intrínseca a la mayoría de los motores turboalimentados) pueden mostrar esta característica de forma aún más marcada. Por lo tanto, la elección de la relación de transmisión por parte del fabricante (o del comprador/modificador) y el uso apropiado de las relaciones disponibles son aún más cruciales para aprovechar al máximo la potencia disponible y evitar "estancarse" en los puntos bajos.
Los motores diésel más grandes de las locomotoras y algunas embarcaciones utilizan propulsores diésel-eléctricos, lo que elimina las complejidades de los engranajes extremadamente bajos, como se describe a continuación.
Los motores diésel más grandes ("de baja velocidad") (grandes generadores en tierra y diésel marinos en el mar) pueden girar a sólo cientos de RPM o incluso menos, con velocidades de ralentí de 20 a 30 RPM. Estos motores suelen ser motores diésel de dos tiempos .
Los motores eléctricos son únicos en muchos aspectos, especialmente en lo que respecta a la banda de potencia. Las características exactas varían mucho según el tipo de motor eléctrico. El par máximo de un motor universal (aspiradora, máquinas pequeñas, taladros, motores de arranque) se produce a una velocidad de rotación cero (cuando está parado) y cae a mayores RPM. Para los motores de inducción conectados a una fuente de CA de frecuencia fija (más común en aplicaciones grandes), el par máximo suele estar justo por debajo de las RPM sincrónicas, se hunde a cero para estas RPM y se vuelve negativo por encima de ellas (generador de inducción); a bajas RPM, el par suele ser ligeramente inferior. Los motores síncronos solo se pueden utilizar a la velocidad sincrónica de la fuente de CA. En las aplicaciones modernas, se utilizan motores síncronos y de inducción con control electrónico de la frecuencia, por ejemplo, motores eléctricos de CC sin escobillas . En este caso, a menos que se apliquen limitaciones externas, el par máximo se logra a bajas RPM.
Por ejemplo, el motor de corriente alterna del Tesla Roadster (2008) produce un par máximo casi constante desde 0 hasta aproximadamente 6000 RPM, mientras que la potencia máxima se produce a aproximadamente 10 000 RPM, mucho después de que el par empiece a disminuir. La línea roja del Roadster es 14 000 RPM. De hecho, otros motores eléctricos pueden producir un par máximo en todo su rango de funcionamiento, aunque su velocidad máxima de funcionamiento puede estar limitada para mejorar la fiabilidad.
En comparación, las turbinas de gas operan a RPM extremadamente altas y presentan bandas de potencia estrechas y una capacidad de aceleración y respuesta del acelerador deficientes.