Kuasa kuda

Kuasa kuda (horsepower, disingkatkan kepada hp atau HP^[1]) adalah nama bagi beberapa unit ukuran bukan metrik bagi mengukur kuasa terlaku janaan jentera tertentu terutamanya enjin dan motor.^[2]

Pengiraan kuasa kuda mempunyai beberapa tetapan berbeza: kuasa kuda mekanikal dikira sebanyak 745.7 watt manakala kuasa kuda metrik dikira sekitar 735.5 watt. Terdapat dua faktor utama yang perlu dipertimbangkan semasa menilai ukuran "kuasa kuda":

• Definisi kuasa kuda sendiri yang tidak konsisten
• Piawaian bagi nilai ukuran kuasa kuda yang pelbagai

Ukuran ini mula dicetuskan semulanya pembangunan teknologi enjin wap di mana tenaga janaan enjin ini sering dibandingkan dengan kuda yang dilatih menarik jentera mereka. Perbandingan ini mula digambarkan Thomas Savery dalam buku The Miner's Friend tahun 1702 menerangkan potensi penggunaan jentera ini dalam pekerjaan kilang mengibaratkan ukuran enjin yang boleh dibina menjana tenaga sama banyak dengan bilangan kuda yang semakin ditambah, "...sebuah enjin yang boleh mengangkat sejumlah air yang mampu diangkut oleh dua ekor kuda, bekerja bersama dalam satu-satu masa setiap kali melakukan kerja, mampu melakukan, serta bagi yang mana mesti ada kuda simpanan sebanyak sepuluh atau dua belas ekor bagi melakukan kerja yang sama..."^[3]

Kefahaman ini kemudian dikembangkan James Watt untuk membantu memasarkan enjin wap buatannya yang diperbaharui. Pada ketika itu, beliau mempunyai hitam putih persetujuan mendapatkan royalti sejumlah satu pertiga daripada jumlah arang batu yang boleh dijimatkan daripada enjin Newcomen lama sebelumnya^[4] namun hal ini menyukarkan sebahagian pelanggan yang hanya menggunakan kuda sebelum ini; maka pembaharuan ini juga direka agar menyesuaikan dengan keperluan mereka ini.

Watt mengira bahawa seekor kuda yang sihat mampu memutar suatu roda kincir sebanyak 144 kali sejam atau 2.4 kali seminit. Berdasaran ukuran jejari roda tersebut sepanjang 12 kaki (3.7 m), maka kuda tersebut bergerak 2.4 × 2π × 12 kaki seminit. Jika kuda tersebut boleh menarik dengan daya mencapai seberat jisim 180 paun (atau 800 N mengikut sukatan moden jauh kemudian), oleh itu:

${\displaystyle kuasa={\frac {kerja}{masa}}={\frac {daya\times jarak}{masa}}={\frac {(180{\mbox{ lbf}})(2.4\times 2\pi \times 12{\mbox{ ka}})}{1\ {\mbox{min}}}}=32,572{\frac {{\mbox{ka}}\cdot {\mbox{lbf}}}{\mbox{min}}}.}$

Nilai "kuasa kuda" yang diperolehi ini adalah 32,572 ka⋅lbf/min yang kemudiannya dibundarkan kepada 33,000 ka·lbf/min.^[5]

Perbandingan kepada kuasa tarikan kuda ini terlanjut dalam kefahaman alam Melayu dengan tersebarnya teknologi ini oleh orang Barat; pengarangan Cerita Kapal Asap (1841) karangan Munsyi Abdullah mengenai pemerhatian "kapal asap" Sesostris milik Kompeni Inggeris dinaikinya di Singapura dua tahun sebelumnya ada mencatatkan seperti berikut:^[6]

Maka katanya [kapten yang mengemudi kapal tersebut]: "Kuasa pesawat ini dua ratus dua puluh ekor kuda punya kuat". Bermula adapun kuda yang dibilangkannya itu kuda Arab yang besar-besar; maka jikalau macam kuda kita sebelah sini, hampir-hampir enam tujuh ratus adanya.

Pihak lain berpendapat bahawa Watts menetapkan seekor kuda padi dapat mengangkat purata 220 paun sejauh 100 kaki (30 m) seminit bagi syif bekerja 4 jam. Watt kemudian membuat kesimpulan seekor kuda adalah 50% lebih berkuasa daripada kuda kecil maka angka 33,000 ka·lbf/min diperolehi. Engineering in History menyatakan bahawa John Smeaton asalnya menganggarkan seekor kuda mempu menghasilkan kuasa 22,916 kaku-paun seminit. John Desaguliers meningkatkan nilai tersebut kepada 27,500 kaki-paun seminit. "Watt menemui di dalam eksperimen tahun 1782 bahawa seekor kuda mampu menghasilkan 32,400 kaki-paun seminit". James Watt dan Matthew Boulton kemudian menyeragamkan angka tersebut kepada 33,000 pada tahun seterusnya.^[7]

Dari segi perspektif, seorang manusia yang sihat mampu menghasilkan 1.2 hp dalam masa singkat dan mengekalkan lebih kurang 0.1 hp, manakala atlit terlatih mampu mengekalkan sehingga lebih kurang 0.3 kuasa kuda dalam masa beberapa jam.

R. D. Stevenson dan R. J. Wasserzug menerbitkan sebuah rencana di dalam Nature 364, 195-195 (15 Julai 1993) mengira had atas bagi keluaran kuasa seekor kuda. Kuasa puncak selama beberapa saat diukur dengan nilai setinggi 14.9 hp. Walau bagaimanapun, bagi jangka masa panjang pula seekor kuda secara purata menghasilkan kurang daripada satu kuasa kuda.

Definisi berikut digunakan secara meluas:

Kuasa kuda mekanikal	≡ 33,000 ka·lbf/min = 550 ka·lbf/s = 745.69987158227022 W (nilai sebenar)
Kuasa kuda metrik	≡ 75 kgf·m/s = 735.49875 W (nilai sebenar)
Kuasa kuda elektrik	≡746 W
Kuasa kuda dandang	≡ 33,475 Btu/j =9809.5 W
Kuasa kuda hidraulik	=Kadar aliran(Gelen AS/min) * Tekanan(psi) / 1714

Kuasa kuda hidraulik adalah bersamaan dengan kuasa kuda mekanikal. Formula yang diberikan di atas digunakan bagi pertukaran kepada kuasa kuda mekanikal dengan menggunakan faktor-faktor pada sistem hidraulik.

Jika mengikut definisi CGPM ketiga (1901, CR 70) bagi graviti piawai, g, dan paun antarabangsa (1958), satu kuasa kuda mekanikal bersamaan dengan:

1 hp	≡ 33,000 ka·lbf/min	melalui definisi
	= 550 ka·lbf/s	memandangkan	1 min	= 60 s
	= 550 × 0.3048 × 0.45359237 m·kgf/s	memandangkan	1 ka	= 0.3048 m dan
	= 76.0402249068 kgf·m/s		1 lb	= 0.45359237 kg
	= 76.0402249068 × 9.80665 kg·m²/s³		g	= 9.80665 m/s²
	= 745.69987158227022 W	memandangkan	1 W	≡ 1 J/s = 1 N·m/s = 1 (kg·m/s²)·(m/s)

Atau diberi 1 hp = 550 ka·lbf/s, 1 ka = 0.3048 m, 1 lb = 4.448 N, 1 J = 1 N-m, 1 W = 1 J/s: 1 hp = 746 W

didarab silang dan dimatikan:

550 ka-lb/s	0.3048 m	4.448 N	1 J	1 W
1 hp	1 ka	1 lb	1 N-m	1 J/s

= 745.66272 W atau 746 W

Kuasa kuda metrik mula digunakan di Jerman pada abad ke-19 dan menjadi popular di serata Eropah dan Asia. Pelbagai unit yang digunakan bagi definisi ini ("PS", "CV", "pk", dan "ch") semuanya bermaksud "kuasa kuda", maka adalah lazim jika nilai tersebut dirujuk sebagai "kuasa kuda" atau "hp" di dalam sidang akhbar atau liputan media oleh syarikat automotif Jerman, Perancis, Itali dan Jepun. Pengeluar British sering mencampur adukkan kuasa kuda metrik dan mekanikal, bergantung kepada asal-usul enjin yang dipersoalkan.

Kuasa kuda metrik, mengikut definisi, adalah 0.73549875 kW, atau secara kasarnya 98.6% daripada kuasa kuda mekanikal. Ia merupakan isu kecil pada zaman di mana sistem ukuran adalah pelbagai serta enjin menghasilkan kurang kuasa, tetapi kini menjadi titik utama. Kereta eksotif Eropah seperti McLaren F1 dan Bugatti Veyron sering disebut-sebut menggunakan definisi yang salah, dan keluaran kuasa kadang-kadang perlu ditukarkan dua kali kerana kekeliruan sama ada angka "kuasa kuda" asal adalah dalam bentuk metrik atau mekanikal.

Unit ini (Jerman: Pferdestärkecode: de is deprecated = kekuatan kuda) kini bukan lagi unit rasmi, tetapi masih digunakan secara meluas di Eropah, Amerika Selatan dan Jepun, terutamanya bagi industri automotif dan motosikal. Ia diguna pakai di serata benua Eropah dengan penggunaan hampir serupa dengan "kuasa kuda", tetapi dengan kiraan yang berbeza daripada unit Inggeris. Definisinya ditentukan oleh Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)^[8] di Braunschweig sebagai:

1 PS = 75 kilopond·Meter/saat ~= 735.5 Newton·m/s ~= 735.5 W ~= 0.7355 kW ~= 0.98632 hp (SAE)

Unit PS diterima oleh Deutsches Institut für Normung (DIN) dan seterusnya oleh industri automotif di serata Eropah, di bawah pelbagai nama. Pada tahun 1992, unit PS dianggap lapuk oleh para pengarah EEC, apabila ia digantikan dengan kilowatt sebagai unit ukuran kuasa rasmi. Walau bagaimanapun, ia masih digunakan bagi kegunaan komersial dan pengiklanan kenderaan.

Kuasa kuda dandang digunakan bagi mengukur kuasa dandang bagi stesen janakuasa elektrik. Ia bersamaan dengan 33,475 Btu/j (9.8095 kW), iaitu kadar tenaga yang diperlukan untuk menyejatkan 15.65 kg air kepada wap pada suhu 100 °C) dalam masa sejam.

Kuasa kuda elektrik digunakan di dalam bidang kejuruteraan elektrik untuk mengukur kuasa jentera elektrik serta didefinisikan setepatnya sebagai 746 W pada kecekapan 100%. Motor elektrik tidak mungkin boleh dijalankan pada kecekapan 100%. Plat nama pada motor elektrik menunjukkan kuasa keluaran motor dan bukan kuasa elektrik yang diperlukannya.

Dengan nilai kilasan yang diberi, kuasa kuda boleh dikira. Persamaan piawaian bagi hubungan kilasan dalam unit kaki-paun, kelajuan putaran dalam RPM dan kuasa kuda ialah:

${\displaystyle P[{\rm {hp}}]={[\mathrm {T} /({\rm {ka\cdot lbf}})][\omega /({\rm {r/min}})] \over 5252}}$

Diberi ${\displaystyle P}$ sebagai kuasa, ${\displaystyle \tau }$ sebagai kilasan, dan ${\displaystyle \omega }$ sebagai putaran seminit. Di luar Amerika Syarikat, kebanyakan negara menggunakan newton meter sebagai unit bagi kilasan. Kebanyakan spesifikasi kereta menyatakan kilasan dalam unit newton meter. Persamaan piawaian bagi kilasan dalam unit newton meter, kelajuan putaran dalam RPM dan kuasa dalam kilowatt ialah:

${\displaystyle P[{\rm {kW}}]={[\mathrm {T} /({\rm {N\cdot m}})][\omega /({\rm {r/min}})] \over 9549}}$

Kesemua ini berdasarkan definisi oleh Watt mengenai kuasa kuda mekanikal. Nilai pemalar 5252 dan 9549 sudah dibundarkan.

5252 datang daripada 33,000 (ka.lbf/min) / 2π (radian/putaran),

dan 9549 datang daripada 60 (s/min) x 1000 (W/kW) / 2π (radian/putaran).

Sila lihat kilasan.

Kuasa kuda tarikan (dbhp) adalah kuasa yang terdapat pada lokomotif kereta api bagi menarik kereta api. Ini lebih merupakan nilai yang diukur daripada nilai kiraan. Gerabak kereta api khas yang dipanggil gerabak dinamometer dipasang di belakang lokomotif untuk mengukur rekod daya tarikan serta kelajuan. Daripada nilai yang didapati, kuasa yang dihasilkan boleh dikira. Untuk menentukan nilai kuasa maksimum, beban yang boleh dikawal diperlukan; biasanya gerabak kedua dengan brek dikenakan, sebagai tambahan kepada beban statik.

Jika daya tarikan diukur dalam paun-daya (${\displaystyle F/{\rm {lbf}}}$) dan kelajuan diukur dalam batu sejam (${\displaystyle v/{\rm {bsj}}}$), maka kuasa tarikan dalam kuasa kuda (${\displaystyle P/{\rm {hp}}}$) ialah:

${\displaystyle P/{\rm {hp}}={(F/{\rm {lbf}})(v/{\rm {bsj}}) \over 375}}$

Contoh: Berapa banyak kuasa tarikan yang diperlukan bagi menarik beban 2025 paun-daya melalui medium tanah pada 5 batu sejam?

${\displaystyle P/{\rm {hp}}={{2025\times 5} \over 375}=27}$

Pemalar "375" digunakan kerana 1 hp = 375 lbf·bsj. Jika unit lain digunakan, pemalar yang digunakan adalah berbeza. Semasa menggunakan sistem unit ukuran yang koheren, seperti unit SI (watt, newton, dan meter sesaat), tiada pemalar diperlukan, maka formula tersebut menjadi ${\displaystyle P=Fv}$.

Kuasa enjin boleh diukur atau dianggarkan pada beberapa titik pada sistem transmisi kuasa daripada penghasilannya sehinggalah kepada penggunaannya. Sebilangan nama digunakan bagi kuasa yang terbentuk pada pelbagai peringkat di dalam proses ini, tetapi tiada satu pun daripadanya yang merupakan petanda jelas sama ada bagi sistem ukuran atau definisi yang digunakan.

Secara umumnya:

Kuasa kuda nominal diambil daripada saiz enjin serta kelajuan omboh dan hanya tepat pada tekanan 7 kaf/in².^[9]

Kuasa kuda ditandakan atau kuasa kuda kasar (keupayaan teori bagi enjin)

tolak kehilangan kuasa akibat geseran di dalam enjin (tarikan galas, kehilangan pada rod dan aci engkol, tarikan filem minyak dsb.), bersamaan dengan

Kuasa kuda brek / bersih / aci engkol (kuasa yang disalurkan terus dan diukur pada aci engkol enjin)

tolak kehilangan kuasa akibat geseran pada sistem transmisi (galas, gear, tarikan minyak, pusingan dsb.), bersamaan dengan

Kuasa kuda aci (kuasa yang dihantar dan diukur pada aci keluaran sistem transmisi yang wujud pada sistem)

tolak kehilangan kuasa akibat geseran pada aci sejagat, pembeza, galas roda, tayar dan rantai (jika ada), bersamaan dengan

Kuasa kuda berkesan, kuasa kuda sebenar atau sering dirujuk sebagai kuasa kuda roda(whp)

Kesemua istilah di atau menganggap tiada faktor kehilangan kuasa yang lain yang mempengaruhi bacaan.

Kuasa kuda nominal (nhp) adalah hukum ibu jari awal abad ke-19 yang digunakan untuk menganggar kuasa enjin wap.

nhp = 7 x luas omboh x kelajuan omboh setara/33,000

Bagi kapal wap kayuhan, kelajuan omboh dianggarkan sebagai 129.7 x (lejang)^1/3.35

Untuk membulehkan kuasa kuda nominal menyamai kuasa sebenar, adalah perlu bagi tekanan min wap di dalam silinder semasa lejang mencapai 7 psi serta kelajuan omboh mestilah di dalam aturan 180-248 ka/s.^[9]

Kuasa kuda ditandakan (ihp) adalah nilai kuasa teori bagi enjin salingan jika ia cekap sepenuhnya dalam menukarkan tenaga yang terkandung di dalam gas yang mengembang di dalam silinder. Ia dikira daripada tekanan yang terbentuk di dalam silinder, diukur dengan menggunakan alat yang dipanggil penanda enjin - sebab itulah ia mendapat namanya. Angka sedemikian selalunya digunakan pada enjin wap pada abad ke-19 tetapi sering membawa kepada salah faham kerana kecekapan mekanikal enjin bermaksud keluaran kuasa sebenar mungkin hanya 70% hingga 90% daripada kuasa kuda ditandakan.

Sehingga model tahun 1972 pengeluar kereta Amerika menilai enjin mereka dalam istilah kuasa kuda kasar SAE (diterangkan di bawah piawaian SAE J245 dan J1995). Kuasa kuda kasar diukur menggunakan enjin ujian tanpa aksesori, penapis udara, peredam bunyi, atau alat kawalan emisi dan kadang-kadang dipasang satu tiub ujian di dalam rongga ekzos OEM. Piawaian pembetulan atmosfera (seperti tekanan barometer, kelembapan dan tekanan) yang digunakan dalam penilaian kasar adalah lebih idealistik daripada yang digunakan di dalam sistem penilaian bersih SAE. Ia menghasilkan nilai kuasa kasar (serta kilasan) maka ia mencerminkan nilai teori maksimum dan bukan kuasa bagi enjin yang dipasang pada kereta jalanan. Nilai kuasa kuda kasar juga tertakluk kepada pelarasan berkaitan oleh iklan pengeluar serta kakitangan pemasaran di bawah arahan pihak atasan.

Kuasa kuda brek (bhp) adalah ukuran kuasa kuda enjin tanpa kehilangan kuasa pada kotak gear, pembeza, pam air dan komponen sampingan yang lain seperti pengulangalik, stereng kuasa serta pemampat pendingin udara. Oleh itu, imbuhan "brek" merujuk kepada tempat di mana kuasa diukur: pada aci keluaran enjin, diukur menggunakan dinamometer enjin. Kuasa kuda sebenar yang terdapat pada roda adalah kurang. Sebuah enjin mungkin perlu diuji semula untuk mendapatkan nilai penarafan dalam sistem yang lain pula. Istilah "brek" merujuk kepada penggunaan asal brek jalur bagi mengukur kilasan semasa ujian (yang kemudiannya didarab dengan RPM enjin dan suatu pemalar untuk mendapatkan nilai kuasa kuda).

Di Amerika Syarikat, istilah "bhp" digugurkan setelah Persatuan Jurutera Automotif Amerika (SAE) mengesyorkan pengeluar kereta untuk menggunakan hp (SAE) bagi menandakan kuasa kuda bersih enjin. Ia mengukur kuasa enjin pada roda tenaga, tanpa mengira kehilangan kuasa pada sistem transmisi (atau apa sahaja selepas roda tenaga).

Bermula tahun 1971 pengeluar kereta mula menilai kuasa dengan istilah kuasa kuda bersih SAE (seperti yang dinyatakan pada Piawaian J1349). Ia mencerminkan penarafan kuasa enjin dalam bentuk asal, dengan kesemua aksesori dan sistem masukan dan ekzos piawai. Menjelang 1972, pembuat kereta AS menyatakan angka kuasa kuda secara eksklusif dalam kuasa kuda SAE.

Penilaian bersih SAE, sementara ia lebih tepat daripada penilaian kasar, masih mewakili kuasa enjin pada roda tenaga. Bercanggah dengan beberapa laporan, ia tidak mengukur kuasa pada roda pacuan.

Oleh kerana penilaian kasar SAE gross digunakan secara liberal, dalam keadaan terbaik, tiada nilai pertukaran yang tepat dari nilai kasar ke nilai bersih. Perbandingan penilaian kasar dan bersih bagi enjin yang tidak berubah menunjukkan sedikit variasi antara 40 hingga 150 kuasa kuda. Enjin Chrysler 426 Hemi, misalnya, pada tahun 1971 menyatakan nilai kasar 425 hp dan nilai bersih 350 hp.^[10]

Pada tahun 2005, Persatuan Jurutera Automotif memperkenalkan satu prosedur ujian baru bagi kuasa kuda dan kilasan enjin.^[11] Prosedur baru ini menghapuskan beberapa ruang keanjalan dalam pengurusan kuasa, dan memerlukan seorang pemerhati bebas semasa nilai kuasa enjin diukur. Ujian ini adalah secara sukarela, tetapi enjin yang selesai melalui enjin tersebut boleh diiklankan sebagai "diperakui oleh SAE".

Kebanyakan pengeluar kereta mula beralih kepada sistem penilaian baru serta-merta, kadang-kadang dengan keputusan yang memeranjatkan. Kuasa kuda bagi enjin kereta Cadillac Northstar V8 melambung dari 440 hp (328 kW) ke 469 hp (350 kW) di bawah sistem ujian baru, sementara nilai kuasa enjin Toyota Camry 3.0 L 1MZ-FE V6 jatuh dari 210 hp (157 kW) ke 190 hp (142 kW). Enjin pertama yang diperakui di bawah program baru ialah enjin 7.0 L LS7 pada kereta Chevrolet Corvette Z06. Kuasa kuda diperakui meningkat sedikit dari 500 hp (373 kW) kepada 505 hp (377 kW).

Kuasa kuda DIN adalah nilai kuasa yang diukur menurut piawaian DIN 70020 Jerman dan, sebagai mana nilai SAE, ia diukur pada roda tenaga. Ia kadang-kala dipendekkan sebagai "PS", yang bermaksud Pferdestärke, perkataan Jerman bagi kuasa kuda. Walau bagaimanapun, "kuasa kuda" DIN sering disebut sebagai kuasa kuda metrik (Pferdestärke) daripada kuasa kuda mekanikal.

Kuasa kuda aci (shp) adalah nilai kuasa yang dihantar pada aci baling-baling bagi kapal atau kapal terbang yang menggunakan enjin omboh atau enjin jet (kombinasi enjin jet dan baling-baling selalunya dipanggil turboprop). Nilai tersebut diukur atau dianggarkan daripada nikai kuasa kuda ditandakan melalui nilai piawai bagi kehilangan kuasa pada sistem transmisi (biasanya sekitar 10%). Nilai ini kurang lazim di dalam industri automotif, walaupun kehilangan kuasa pada sistem aliran kuasa boleh jadi signifikan.

Kuasa kuda berkesan (ehp), kuasa kuda sebenar (thp) atau kuasa kuda roda (whp) adalah nilai kuasa yang ditukarkan kepada kerja yang berguna. Di dalam kes kenderaan jalan raya, ia bermaksud nilai kuasa kuda yang dimanfaatkan bagi pergerakan ke hadapan dan diukur menggunakan dinamometer kerangka.

"Kuaa kuda sebenar" lazimnya kurang 10% hingga 20% daripada "bhp" enjin akibat kehilangan kuasa pada sistem aliran kuasa.

Isitlah kuasa kuda roda (whp) adalah istilah yang lebih meluas digunakan bagi merujuk kepada kuasa kuda berkesan.

• Power and Torque Explained Penerangan jelas mengenai hubungan antara kuasa kuda dan kilasan, serta bagaimana keduanya berkaitan pada prestasi enjin.
• How Stuff Works - Horsepower
• "Horsepower and Torque" Rencana mengenai bagaimana kuasa, kilasan, dan nisbah gear mempengaruhi prestasi kenderaan.
• Penukar kuasa kuda atas talian
• "Horsepower and power losses" Diarkibkan 2008-05-30 di Wayback Machine Menerangkan kuasa kuda serta kehilangan kuasa di dalam enjin serta sistem aliran kuasa.
• "Apa Itu Kuasa Kuda?" (bergambar)
• "Apa perbezaan antara kuasa kuda dan kilasan?" di Straight Dope