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                                                                               Autora: María Carolina Cantillo Orozco

¿Alguna vez te has preguntado cuántos caballos de fuerza tiene un caballo? Si nunca te has hecho esta pregunta, hoy tendrás tu respuesta.  

¿Cuántos caballos de fuerza tiene un caballo? 

Ahora bien, ¿qué relación existe entre los caballos, los motores, la revolución industrial y las máquinas de vapor? La respuesta se remonta a James Watt, inventor y químico escocés nacido en 1736. En su honor, se creó la unidad "Watt" (J/s), destinada a medir la cantidad de trabajo realizado por unidad de tiempo, también conocida como "potencia". Seguramente habrás visto esta medida cada vez que compras una bombilla, utilizas el cargador de tu celular o adquieres un electrodoméstico. Pero ¿de dónde surge el curioso término "caballos de fuerza"?  

James Watt 

Esta medida surgió simultáneamente con la invención de la máquina de vapor, un invento que desencadenó una de las mayores revoluciones de la humanidad. Aunque el verdadero inventor de la máquina de vapor es parcialmente incierto, sabemos con certeza que su propósito inicial fue resolver un problema crítico de la época: ¿cómo extraer agua de las minas inundadas?  

 En aquellos tiempos, los europeos habían optado por reemplazar la leña por carbón, lo que exigía realizar excavaciones cada vez más profundas. Este cambio causaba inundaciones frecuentes en las minas al penetrar en las fuentes subterráneas de agua, lo que ponía en peligro la vida de los mineros. Abordando esta problemática, Thomas Savery, un ingeniero e inventor inglés, diseñó lo que él denominó una "máquina para elevar agua con fuego". Sus ideas y patentes quedaron registradas en el libro titulado "El amigo del minero" [1].  

Minas de carbón siglo XVII  

Savery había observado que un motor de vapor era capaz de realizar el trabajo no solo de los caballos que reemplazaba en un momento dado, sino también de aquellos que tendrían que ser mantenidos para una operación continua las veinticuatro horas del día. Posteriormente el ingeniero John Smeaton habría estimado de manera más precisa que el efecto mecánico que un caballo podía producir equivalía a 22916 libras levantadas un pie de altura en un minuto contra la fuerza de gravedad, dicho valor continuó en aumento hasta que se decidió por estandarizar la cifra en 33000 libras-pie por minuto para clasificar sus motores para la venta [2].  

Trabajadores en las minas siglo XVII  

A pesar de la notable mejoría por la que habría pasado el diseño de la máquina de vapor a través de los años, tanto la máquina de Savery como la planteada posteriormente por Newcomen presentaban un problema: su funcionamiento se basaba en calentar y volver a enfriar sucesivamente un tanque. Esto provocaba roturas, aparte de significar una pérdida energética que causaba un bajo nivel de rendimiento [2]. 

Cuarenta años después del fallecimiento de Newcomen, James Watt emprendió una misión para mejorar la eficiencia de la máquina de vapor. Al asistir a una charla sobre calor en la Universidad de Glasgow en 1765, observó que el modelo existente perdía una cantidad excesiva de calor entre ciclos debido al calentamiento y enfriamiento repetido de sus paredes. Decidió crear un sistema separado para condensar el vapor, reduciendo así la pérdida de energía y mejorando el rendimiento [2].  

Diseño de Watt  

Además, implementó una bomba de aire para mantener el vacío en el condensador y desarrolló un sistema de sellado por compresión en la parte superior del cilindro. Estas mejoras continuaron con el tiempo, culminando en la creación de un motor de doble acción en 1781. Este motor aplicaba vapor y vacío alternativamente a los lados opuestos del pistón, reemplazando el diseño anterior y aumentando la eficiencia energética [2].  

Watt también introdujo innovaciones como el medidor de vapor de mercurio, un contador de ciclos y un dispositivo para mostrar gráficamente las presiones del cilindro. Esto continuó utilizando el vapor a temperatura atmosférica y el vacío parcial, pero a diferencia predecesor decidió crear un comportamiento separado para condensar el vapor, el cual se conectaba con el cilindro principal sin compartir el mismo espacio, ahorrándose así tres cuartos del combustible antes necesario [2].  

Cuando James Watt creó y difundió su patente, se enfrentó al desafío de expresar la potencia de sus revolucionarios motores de vapor de manera comprensible tanto para clientes potenciales como para la sociedad de la época. En la era de la Revolución Industrial, el uso del vapor se había vuelto tan común que era necesario establecer estándares definidos para determinar la capacidad de estos motores. 

Revolución industrial 

Dado que el trabajo pesado solía ser llevado a cabo por animales, en particular caballos, la idea de utilizar la potencia de un caballo como referencia se volvió natural y familiar para la sociedad de aquel entonces. Por lo tanto, los caballos de fuerza se convirtieron en la unidad de medida ideal para expresar la potencia de los motores de vapor, sirviendo como un punto de referencia comprensible para la capacidad de estas innovadoras máquinas en comparación con el trabajo que los caballos podían realizar. 

A pesar de su origen en el sistema inglés y la disminución en la presencia de caballos en las calles, el caballo de fuerza sigue siendo ampliamente utilizado en la actualidad. Y de hecho es común escuchar esta medida en la cotidianidad al referirnos a la potencia de los motores de automóviles, barcos o incluso ciertos electrodomésticos. Esto se debe al legado histórico de dicha unidad y la familiaridad con la que fue tomada en su tiempo.  

Ojo, no confundir las unidades “caballos de vapor” (cv) con los “caballos de fuerza” (hp) aunque sean muy similares. Un caballo de fuerza difiere del caballo de vapor en la cantidad de fuerza aplicada por segundo, es decir, la fuerza que genera un hp es 1.39% más poderosa que la del cv, lo que equivale a 76 W. Por esto, podemos asegurar que un motor con 300 hp dispone de 304 cv [1].  

Ahora que comprendemos mejor la historia y la importancia del caballo de fuerza como unidad de medida de potencia, es interesante ver cómo esta medida se relaciona con ciertos objetos. Por ejemplo, los carros de Fórmula 1 tienen motores que pueden alcanzar potencias que oscilan entre los 800 y 1,000 caballos de fuerza, lo que les permite alcanzar velocidades impresionantes y realizar maniobras de alta precisión en las pistas de carreras. Si bien la potencia de un perro varía según la raza y el tamaño, un perro de trabajo como un pastor alemán puede tener una fuerza equivalente a aproximadamente 0.1 caballos de fuerza. En promedio, un humano adulto puede desarrollar una potencia de alrededor de 0.1 a 0.2 caballos de fuerza durante un esfuerzo físico intenso, como correr o levantar objetos pesados. Un helicóptero típico puede tener motores con potencias que van desde los 500 hasta los 2,000 caballos de fuerza, lo que le permite elevarse y volar con carga útil y pasajeros.  

Potencia de un carro de Fórmula 1 

Finalmente, aunque pueda sorprenderte, un caballo no tiene necesariamente una potencia de un caballo de fuerza. De hecho, un caballo promedio puede desarrollar una potencia de alrededor de 10 a 15 caballos de fuerza, lo que le permite realizar una amplia gama de tareas físicas, desde tirar de cargas pesadas hasta correr a alta velocidad.  

Un caballo tiene una potencia máxima de 15 caballos de fuerza 

Esta corrección se debe al momento en que Watt introdujo sus mejoras en la máquina de vapor. Watt quería convencer a la gente de que comprara su costosa máquina. Si decía que su máquina tenía la misma potencia a corto plazo que un caballo, la gente no la compraría, ya que ya tenían caballos. En su lugar, la comparó con la cantidad de trabajo que un caballo podía hacer en un día, dándole un rendimiento equivalente al de diez caballos en lugar de solo uno. De repente, su invento se hizo mucho más tentador.  

Aunque Watt haya "tergiversado la verdad" para hacer más atractivo su motor, no mintió, es cierto que la potencia máxima de un caballo es de unos 15 caballos de fuerza, cuando se promedia la potencia de un caballo a lo largo de una jornada de trabajo, acaba siendo de alrededor de un caballo de fuerza [4].  

  Referencias  

 [1]  ,  T. Savery, The miner´s friend or raise water by fire, 1702.   

 [2]  ,  R. S. Kirby, «Internet Archive,» 1956. [En línea]. Available: https://archive.org/details/engineeringinhis0000unse/page/158/mode/2up?view=theater.  

 [3]  ,  F. Miller, «Caballos sde Fuerza vs Caballos de Vapor,» Autocosmos, 20 06 2012. [En línea]. Available: https://noticias.autocosmos.com.mx/2012/06/20/caballos-de-fuerza-vs-caballos-de-vapor#:~:text=Un%20Caballo%20de%20Fuerza%20difiere,Hp%20dispone%20de%20304%20CV.. [Último acceso: 3 05 2024].  

 [4]  ,  University of Calgary, «Energy Education,» [En línea]. Available: https://energyeducation.ca/encyclopedia/Horsepower#:~:text=Power%20of%20a%20horse,more%20than%20a%20single%20horsepower.. [Último acceso: 3 05 2024].  

 [5]  ,  C. Lira, «Introductory Chemical Engineering Thermodynamics.,» 2013. [En línea]. Available: https://www.egr.msu.edu/~lira/supp/steam/savery.htm.  

 [6]  ,  T. Tietz, «Thomas Savery and the Invention of Steam Power,» 10 Mayo 2018. [En línea]. Available: http://scihi.org/thomas-savery-invention-steam-power/.  

 [7]  ,  C. Marzzacco, «Charles Marzzacco,» Youtube, 13 Abril 2009. [En línea]. Available: https://www.youtube.com/watch?v=lG899rZ58Ts.  

 [8]  ,  P. Arce, «¿Cuántos caballos tiene un coche de Fórmula 1?,» Super Deporte, 08 02 2024. [En línea]. Available: https://www.superdeporte.es/formula1/caballos-coche-formula-1-97908560.html. [Último acceso: 3 05 2024].