Motores Eléctricos

Daremos aquí una breve reseña de algunos de los motores más utilizados en vuelo eléctrico, sobre los que tenemos experiencia personal, incluyendo motores de ferrita, de neodimio o cobalto  y de tipo trifásico, sin escobillas (brushless). Más que hablar de sus características técnicas, que están suficientemente descritas por los fabricantes, nos referiremos a su empleo en modelos monomotores o multimotores, empleo de reductoras, hélices y baterías adecuadas para diferentes tamaños de modelos. También daremos datos propios de consumo, potencia y empuje de algunos de estos motores.

Como norma, los motores diseñados para operar con un voltaje nominal bajo (p. ej. 6 V) tienen una menor impedancia (resistencia interna) y trabajan con regímenes de corriente mayores. Para un motor determinado, al aumentar el voltaje de operación (nº de elementos de la batería) se ha de reducir el diámetro y/o el paso de la hélice, bajo riesgo  sobrecalentar el motor, aumentar excesivamente el consumo y trabajar en un régimen de corriente de menor rendimiento. Por ejemplo, un motor de ferrita de tamaño 600 diseñado para 8.4 V nominales funciona con rendimiento óptimo (en torno al 65 %) con una hélice de 8x4" con 7 elementos, consumiendo unos 20 A; si se incrementa el número de elementos a 8, se ha de utilizar una hélice de 7x4", manteniéndose la misma corriente. Naturalmente, la potencia absorbida y el empuje proporcionado por el motor es mayor en este último caso (140W y 160 W, respectivamente). 

En modelos rápidos (carreras, acrobacia) se recomienda emplear hélices pequeñas, de gran paso. La velocidad teórica máxima de un avión de hélice viene dada por el avance del "paso" de la hélice, que se "atornilla" en el aire. Si el paso es de 6" (15 cm), y por tanto avanza 15 cm a cada vuelta, y el motor gira a 10000 rpm, esto supone una velocidad máxima teórica de 150000 cm/min= 90 Km/h. Para motorizar turbinas en aviones de tipo EDF (electric ducted fan), cuyo diámetro es muy pequeño, se recomienda emplear un número de elementos elevado, en motores diseñados para funcionar con un número alto de revoluciones: los modelos de tipo reactor son también aviones rápidos. Por el contrario, en modelos de vuelo lento, entrenadores, motoveleros o vuelo de sport, se recomienda emplear motores de par elevado y bajo número de revoluciones, con menos elementos y hélices grandes.  En este caso se recomienda también el empleo de reductoras, que demultiplican el giro del eje del motor y permiten hacer girar hélices grandes a bajas revoluciones y con gran rendimiento. El empleo de reductoras permite i) disminuir el consumo del motor y aumentar su rendimiento y por tanto ii) prolongar la duración de los vuelos, iii) aumentar el empuje del grupo motor y por tanto iv) motorizar modelos de mayor tamaño y peso. Como contraprestación, la velocidad máxima del modelo (determinada por el giro más lento de la hélice) se reduce: las reductoras son adecuadas para vuelo de sport y slow fly, y están contraindicadas en vuelo acrobático o de carreras. Los motores de carcasa rotatoria, de tipo (brushless),  tienen un par importante y permiten hacer girar hélices de gran tamaño sin reductora, evitando fricciones y aumentando el rendimiento.

El montaje del motor en el modelo se suele realizar con  dos o cuatro tornillos frontales, aunque recomendamos el montaje del motor entubado en contrachapado, como se explica aquí.  

 

Es EXTREMADAMENTE ÚTIL el programa Motor Calc, que contiene una hoja de cálculo que permite determinar las características básicas de un motor con cierta hélice, reductora y batería. Recomendamos su uso para diseñar un nuevo modelo eléctrico. Entre los datos finales se obtiene el EMPUJE del motor, en onzas (1 oz= 28 g). Como norma, se recomienda que el EMPUJE sea superior al peso del motor+batería+10%. Se trata de otra regla empírica para predecir la viabilidad de una cierta motorización. 

A esta norma añadimos otra regla empírica que permite estimar un PESO MÁXIMO DEL MODELO DE ENTRE DOS Y TRES VECES EL EMPUJE del motor.  

 

Ejemplo

 Sea un motor Speed 400/7.2 V de Graupner. Con un pack de 7 elementos N-500AR de Sanyo (de los que indica el peso y la resistencia interna) y una hélice en acoplo directo de 6x3 ", se obtiene un consumo de 7 A, una eficiencia del motor del 59.3 % y un empuje de 288 g, con una velocidad máxima determinada por el paso de la hélice (Pitch speed) de 60 Km/h. Esta combinación permitiría motorizar un modelo con un peso máximo total de entre 288x2= 576g  y  288x3= 864 g. Por supuesto, mejor aproximarse a la primera opción.   

Si ahora suponemos el empleo de una reductora 3:1, con el mismo pack de 7 elementos, obtenemos:

a) con hélice de 10x5", el consumo se reduce a 4.8 A, y el rendimiento aumenta al 65%; el empuje  es de 339 g, pero la "pitch speed" se reduce a 39 km/h.

b) con hélice 12x5", el consumo aumenta de nuevo a 7 A (como en acoplo directo) y por tanto el rendimiento vuelve a ser el 59%. En cambio, en empuje aumenta a 431 g! (la "pitch speed" es sólo 33 km/h). Quizá la opción ideal sería el empleo de un diámetro intermedio, de 11".

 

 

Motores de Ferrita

Son los más asequibles y frecuentemente utilizados. Llevan imanes de ferrita de bario en el estator. Nos referiremos a la serie Speed, de Graupner,  que cubren tamaños desde los pequeños 260 y 280, aptos para Park Fly o Slow Fly (vuelo lento), hasta los muy potentes Speed 700, capaces de motorizar modelos de hasta 2-3 Kg de peso.  Esta tabla indica los pesos y voltajes nominales de los motores Speed existentes en el mercado.

Motores equivalentes de Robbe, Simprop, Multiplex y Kyoso

 

Motores Speed 400 y 480

 

 

     

Motores 540 y 600

 

Motores de Cobalto

 

Llevan imanes de SmCo5 en el estator, una potente aleación magnética a base de samario y cobalto, a la que deben su nombre. A la vez, son productos elaborados con precisión y esmero; están construidos con mayor robustez y están diseñados para durar mucho más que los motores convencionales de ferrita: escobillas recambiables, rodamientos, ejes de acero endurecido; también poseen ajuste del ángulo de conmutación, para conseguir un rendimiento óptimo según el voltaje aplicado. Su rendimiento es muy superior al de los motores de ferrita, se aproxima al 75-80% Por supuesto, su precio es también muy superior, entre 7 y 10 veces mayor que el tamaño equivalente en ferrita. Ilustramos esta modalidad con los  motores de la serie Irvine,  concretamente el de tamaño 400.

Motores Irvine de Cobalto

Motores Astro

 

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