Ce înseamnă un cal-putere și cum se calculează

Fiecare dintre noi folosește în mod frecvent cuvintele „cal-putere”, dar puțini știu cu adevărat ce înseamnă și de unde provine această unitate de măsură. Știm că este legată de motoarele mașinilor noastre și de puterea pe care o au, dar povestea din spatele calului-putere este mai complexă și mai interesantă decât am putea crede.

Definiția calului-putere

Pentru a înțelege ce înseamnă un cal-putere, trebuie să ne uităm la definiția sa scurtă. Un cal-putere reprezintă forța necesară pentru a ridica o greutate de 75 de kilograme de la sol, împotriva forței gravitaționale, într-o secundă. Dacă poți ridica o greutate de 75 de kilograme la o înălțime de 1 metru într-o singură secundă, ai exercitat un cal-putere. Această definiție a fost stabilită în anul 1702 și de-a lungul timpului a fost modificată și modernizată, devenind unitatea de măsură „cal-putere” pe care o folosim în prezent.

Istoria calului-putere

Invenția acestei unități de măsură îi este atribuită calului, un animal muncitor și harnic. În secolul al XVIII-lea, când au apărut primele motoare cu abur, caii erau utilizați pentru a realiza munca grea, cum ar fi ridicarea greutăților în minele de cărbune. În acea perioadă, Thomas Savery, inventatorul primului motor cu abur, s-a întrebat câți cai ar putea înlocui un astfel de motor și a început să facă comparații între acestea. El a sugerat că un motor putea înlocui cu succes 15-20 de cai, ceea ce a condus la apariția expresiei „motor cu puterea cailor”, ulterior denumită „cai-putere”.

Forma actuală a unității de măsură a fost definită în anii 1760 de către inginerul mecanic James Watt. Acesta a dezvoltat un motor cu abur și a lansat-o pe piață în 1781, revoluționând industria grea la nivel mondial. Watt poate fi considerat unul dintre pionierii motoarelor și, fără contribuția sa, motorul cu ardere internă nu ar fi putut fi inventat cu un secol mai târziu.

Formula de calcul a calului-putere

James Watt a dezvoltat o formulă pentru calcularea puterii unui cal. Acesta a considerat că un cal poate să rotească o roată de moară cu un diametru de 3,6576 metri de 144 de ori într-o oră, adică de 2,4 ori într-un minut sau 2.4·2π·12 picioare într-un minut. Watt a estimat, de asemenea, că un cal poate trage o forță de 180 de livre (pounds). Astfel, el a formulat următoarea ecuație: Puterea (CP) = W (Work) : t (timp), adică CP = F (forta) x d (distanta) : t (timp), ceea ce rezultă în 180 lbf x 2.4·2π·12, adică 32,572 ft·lbf/min. Watt a rotunjit această valoare la 33,000 ft·lbf/min.

Este important de menționat că James Watt nu a fost singurul care a propus o unitate de măsură bazată pe puterea cailor. Alți ingineri și savanți precum John Smeaton, John Desaguliers și Tredgold au avut propriile lor estimări. Cu toate acestea, Watt a fost singurul care și-a demonstrat teoria printr-un experiment în care a utilizat un cal de povară și mai multe galeti umplute cu bere. Acest experiment a confirmat că puterea unui cal este de 32,400 ft·lbf/min, o valoare rotunjită la 33,000 ft·lbf/min de către alți savanți, stabilind astfel definiția actuală a calului-putere.

Abrevieri și echivalente

În limba română, calul-putere este prescurtat CP, în timp ce în limba engleză poate fi abreviat cu HP, PS, cv, hk, pk, ks sau ch. Aceste abrevieri sunt utilizate pentru a reprezenta aceeași unitate de măsură.

Legenda concursului cal-motor

Există o legendă interesantă legată de apariția calului-putere. Se spune că această unitate de măsură nu are legătură directă cu calul, ci cu un motor cu abur fabricat de James Watt. Deoarece cifra de 33,000 ft·lbf/min părea optimistă pentru puterea unui cal, având în vedere că acesta nu poate menține această putere pe termen lung, teoria lui Watt a fost privită cu scepticism de unii.

Se spune că unul dintre clienții lui Watt, un berar irlandez, a comandat un motor care să înlocuiască puterea unui cal și a încercat să înșele, folosind cel mai puternic cal pe care îl avea în teste. Cu toate acestea, Watt a acceptat provocarea și a fabricat un motor cu abur mult mai puternic decât ceea ce putea realiza calul berarului. Se spune că puterea acestui motor a fost calculată la 33,000 ft·lbf/min, ceea ce a dus la apariția calului-putere.

Puterea reală a cailor și a oamenilor

În anul 1993, doi fizicieni au realizat teste cu câțiva cai puternici și au ajuns la o concluzie interesantă. Aceștia au descoperit că un cal poate produce până la 14,9 cp, dar doar pe perioade scurte de timp. În timpul muncii obișnuite, cum ar fi tragerea unui plug pe câmp, un cal exercită în mod constant o putere de 1 cp.

În ceea ce privește oamenii, s-a constatat că aceștia pot produce până la 2,5 cp, cu condiția să fie atleți bine antrenați. Un om obișnuit poate produce până la 1,2 cp pe perioade scurte de timp sau 0,1 cp pe termen nelimitat. Un exemplu impresionant este atletul Usain Bolt, care poate produce 3,5 cp la viteza maximă pe care o atinge pe distanța de 100 de metri.

Calul-putere și Uniunea Europeană

Începând cu anul 1972, Uniunea Europeană a introdus o nouă unitate de măsură numită kilowatt ca fiind unitatea oficială de măsurare a puterii. Cu toate acestea, abia în ianuarie 2010, prin directiva 80/181/EEC, companiile auto au fost obligate să nu mai utilizeze oficial calul-putere ca unitate de măsură a puterii, fiind permisă doar utilizarea sa ca unitate suplimentară. Astfel, în specificațiile automobilelor noastre, puterea este exprimată doar în kilowați.

Diferența dintre BHP și HP

Este posibil să fi observat că în anumite articole sau descrieri americane, puterea este exprimată cu BHP, în loc de HP, care este prescurtarea pentru cal-putere. Există o mică diferență între BHP și HP, dar pentru a o înțelege, trebuie să știm că americani și europeni folosesc standarde de măsurare diferite pentru motoare.

În Europa, conform standardului DIN, puterea unui motor este calculată cu toate componentele acestuia, inclusiv compresorul, pompa servo și evacuarea. În schimb, standardul american de testare SAE măsoară puterea fără aceste componente suplimentare. În ambele cazuri, puterea este exprimată în HP, adică cal-putere, dar cifrele americane sunt întotdeauna mai mari decât cele europene pentru aceeași motorizare, deoarece componentele suplimentare reduc puterea motorului.

Aici apare unitatea BHP utilizată de americani, care se apropie de calculele europene. Testele motoarelor americane sunt realizate cu sisteme speciale de frânare pentru a simula sarcina suplimentară adusă de echipamentul auxiliar. Diferența dintre BHP și HP este mică, de câțiva cai putere, dar este important de menționat că atunci când vezi HP și BHP, puterea reală este de fapt BHP, deoarece motorul nu poate funcționa fără evacuare și alte componente suplimentare.

Precizie și eroare în măsurarea calului-putere

Chiar dacă suntem obișnuiți să credem că mai mulți cai putere înseamnă o performanță mai bună, realitatea este puțin diferită. Motoarele automobilelor nu sunt întotdeauna precise în ceea ce privește puterea declarată. De exemplu, în anii ’60, majoritatea mașinilor americane cu motoare V8 aveau o putere declarată pe hârtie, dar în realitate aceasta era mult mai mare. În schimb, mașinile europene aveau o putere declarată mai mică decât cea reală. Această discrepanță între puterea declarată și cea reală persistă și în prezent. De exemplu, o mașină cu o putere declarată de 280 cp poate avea în realitate doar 253 cp.

Astfel, puterea declarată a motoarelor noastre este adesea diferită de cea reală. Chiar și atunci când se folosește un aparat de măsurare specializat, nu putem afla cu precizie câți cai putere are motorul. Cu siguranță, aceștia nu corespund întotdeauna valorilor declarate de producător. Cu toate acestea, trebuie să fim conștienți că formula de calcul a puterii motorului a fost inventată de un om și poate fi supusă unor erori și interpretări subiective. Este posibil ca în viitor să asistăm la o „inflație” a cailor putere și să vedem o nouă abordare în calculul puterii motoarelor noastre.

Acum că știi totul despre calul-putere, cum este calculat și ce înseamnă, poți aprecia mai bine performanțele motorului mașinii tale. Chiar dacă există unele diferențe și erori în măsurarea și declararea puterii, calul-putere rămâne o unitate de măsură importantă în lumea automobilelor. Indiferent de valorile reale ale puterii motorului, ceea ce contează cu adevărat este experiența și plăcerea pe care o oferă conducerea unei mașini cu o putere mai mare.