Teoría para motorizar avión eléctrico Parte 3

2. CÓMO ELEGIR UNA MOTORIZACIÓN


Para elegir una motorización partiendo de cero lo primero que hay que plantearse es la potencia que necesitamos. 

2.1 ¿Cuanta potencia necesito? 

Dependerá del peso del avión y del tipo de vuelo. Hay unos estandares según el tipo de avión que están más que probados: 

Un avión con 100W/kg vuela, incluso con algo menos. 

Con 100-150W/kg se consigue un vuelo a escala (es decir, nada de grandes trepadas) 

Con 150-200W/kg se puede empezar a hacer acrobacia y se consigue un vuelo mucho más desahogado. 

A partir de 250W/kg ya tenemos trepadas verticales ilimitadas (aunque dependerá de la helice). 

Para 3D harán falta por lo menos 320-350W/kg, ya que no sólo es necesario que se pueda colgar de la hélice, sino que tiene que poder salir en vertical del torque con cierta autoridad. 


Sabiendo este dato, no hay más que multiplicar por el peso de nuestro avion en orden de vuelo en kilos y ya sabemos cuánta potencia necesitamos. Por ejemplo, un 3D de 650g necesita 350W/kg * 0,65kg = 227W 


2.2 Batería: 

Una vez que sabemos que potencia vamos a necesitar hay que decidir con qué voltaje. Una configuración que de 300W se puede conseguir con 2s consumiendo unos 40A o con 4s consumiendo 20A, los resultados respecto a peso, tamaño y precio de la batería son parecidos. Con menos elementos necesitas consumos mayores, y esto hace que necesites baterías de más capacidad y lo que ganas al tener menos elementos lo pierdes al tener que ser más grandes. 

Pero con una configuración de más elementos (más voltaje y menos consumo) el motor se calienta menos, por lo que siempre serán mejores configuraciones de mayor voltaje y consumo más bajo. Lo que hace tan populares las baterías de lipo de 3s es que por lo general eran las baterías de mayor voltaje que te permitían utilizar el BEC del variador para ahorrarte una batería extra o un BEC externo para alimentar el receptor, pero ya hay variadores con BEC para más de 3s 

Para elegir baterías lo que hay que tener en cuenta es que, sea de los elementos que sea, pueda dar el consumo que necesitamos, lo que depende de la capacidad y de la capacidad de descarga. 

Por ejemplo, si necesitamos 300W de potencia, con baterías de 20C de descarga necesitaríamos: 

Si fuese 2s: 300W / 7,4v = 40,5A es el consumo que necesitamos…. 40,5/20C = 2,025A (o 2025mah) necesitaría mínimo las de 2100mah
3s: 300W / 11,1v = 27A, --> 1350mah 
4s: 300W / 14,8v = 20A, --> 1000mah 

Con este ejemplo, ademas de tener unos tiempos de vuelo de 3 minutos de motor (es lo que tienen las descargas a 20C), las baterías irían muy apretadas, por lo que si tenemos sitio para ello siempre es mejor que sean de algo más de capacidad en función de lo que queramos. 

Tanto con la configuración de 2s como con la de 4s se podría mover la misma hélice dando la misma potencia, sólo habría que buscar los motores con el kv adecuado (500 para 4s y 1000 para 2s por ejemplo), por lo que la decisión al final suele depender más de qué baterías, motores o variadores tengamos y podamos aprovechar. 


2.3 Motor: 

La elección del motor se limita a buscar el kv que más nos convenga entre motores que aguanten el consumo que necesitamos. 

La elección del kv depende diréctamente de la batería que vayamos a utilizar y, ajustándo más, del tipo de vuelo que queramos. Si queremos hacer 3D necesitaremos mover una hélice grande para lo cual tenemos que buscar menos rpm que si queremos un avión rápido, en cuyo caso deberíamos buscar más rpm con una hélice más pequeña. 

Una hélice es más efectiva cuanto más lento gire, pero ésto limita la velocidad máxima y también obliga a usar hélices de mucho diámetro. Si queremos un vuelo rápido habrá que buscar más rpm con helices pequeñas, pero a costa de perder tracción. 

Como aproximación para saber qué necesitamos se pueden utilizar estos valores: 

Veleros: La velocidad de vuelo no importa mucho ya que el motor sólo se utiliza para ganar altura, por lo que lo importante es la tracción. Habrá que buscar configuración que giren entre 5-8.000rpm, y necesitarán helices muy grandes 

3D: La mayoría del vuelo el avión está colgado de la hélice, por lo que la tracción es fundamental, pero también hace falta algo de velocidad máxima. 6500-8000rpm 

Acrobático clásico / aviones sport / entrenadores: Hace falta más velocidad máxima, pero tampoco se puede dejar de lado la tracción. 8-12.000rpm 

Avión sport rápido / carreras pilon sport: La velocidad es más importante que la tracción. 10-20.000rpm 

Pilon / aviones de carreras: o cualquier avión que queramos que sea un misil en el que la tracción nos importa poco o nada. 20-35.000rpm He llegado a leer de configuraciones que giraban a más de 40.000rpm, pero creo recordar que lo conseguía a base de más de 2500W de potencia (es decir, baterías 6s y más de 120A de consumo por ejemplo)  Este tipo de configuraciones suele mover helices de sólo 4 ó 5 pulgadas de diámetro como mucho 

Una vez que tenemos una idea de las rpm que queremos y sabemos que voltaje vamos a utilizar (7,4v, 11,1v...) lo tenemos todo. kv = rpm deseadas / (V * 0,75). Si fuesemos a usar reductora, se multiplica el número que obtengamos por la reducción que tenga (3,1 4,1 4,4…) y listo, ya sabemos qué motor necesitamos. 

Por supuesto éstos cálculos son aproximados (el 0,75 es una estimación del rendimiento) ya que todo depende de muchos factores, pero os aseguro que son aproximaciones más que suficientes para acertar al elegir componentes. 


Y ahora alguien dirá, ¿y qué diferencia hay entre elegir un Hacker o elegir un Tower Pro por ejemplo? Muy sencillo, la calidad, tanto de los materiales como de la mano de obra y de los controles de calidad. Si ambos son del mismo peso y kv sus prestaciones serán parecidas, pero el Hacker a lo mejor tiene un rendimiento del 80% en vez de el 70% del Tower Pro. En la práctica esto significa que si la configuración está chupando 300W, el Hacker realmente estaría aprovechando 300 x 0,8 = 240W, mientras el Tower Pro aprovecharía 300 x 0,7 = 210W. Y no solo esto, sino que el Tower Pro tiene que disipar los restantes 90W que no aprovecha en forma de calor mientras el Hacker sólo tiene que disipar 60W, por lo que en la práctica, como el limite de un motor es la temperatura que puede alcanzar el bobinado antes de quemarse, significa que podríamos apretar más y sacar más potencia del Hacker. Y eso sin pensar que seguramente el Hacker tendrá un barniz y unos imanes de mejor calidad que seguramente aguanten más temperatura. 

Y la pregunta del millón, ¿compensa la diferencia de precio? Eso ya depende de cada uno, de sus prioridades y de su cartera. Mi modo de ver las cosas es que un brushless, si no lo quemamos o rompemos nosotros, puede durar toda la vida, por lo que sí que debería compensar. Dicho esto he de reconocer que yo tengo más motores chinos que buenos, se que a la larga compensaría, pero cuando hay que comprar todo el equipo para un avión y comparas precios....  Si andase mejor de pasta seguramente sería un gran cliente de Hacker, Axi, Castle Creations, Neu, MGM, etc, pero no es el caso  



2.4 Hélice: 

De la misma manera que hay que elegir bien el kv del motor según el tipo de vuelo que queramos, con las hélices pasa exactamente lo mismo. Digamos que la elección del kv del motor, que es lo que determina a qué rpm va a girar la hélice, se realiza en base al tipo de avión o vuelo, mientras que la elección de la hélice varía los mismos parámetros, pero es un ajuste más fino para dejar la motorización acorde a nuestros gustos personales. 

Es decir, nunca nos libraremos de probar varias helices, y el que no pruebe varias hélices muy probablemente está desaprovechando una configuración que podría funcionar más a su gusto de lo que lo está haciendo. Ahorrad en lo que queráis, pero no en helices, hay que tener de todo tipo para probar todas las opciones posibles. Recuerdo que hace unos cuantos años vi una foto de alguien enseñando todas las helices que tenía y aluciné, debía tener más de 40, bueno pues ahora tengo un cajón con más de 60  

Saber qué hélice necesitamos siempre es lo más complicado, no hay ninguna fórmula que nos diga qué hélice necesitamos ya que depende del tipo de vuelo que nos guste más, de lo que queramos apretar el motor y de varias cosas más. Además hay que tener cuidado con poner lo que le funciona a otros sin medir nuestro consumo. Aunque alguien tenga el mismo motor y las mismas baterías que nosotros, no nos podemos fiar de que consuma lo mismo. Igual sus baterías ya están viejas lo que hace que caiga el voltaje y el consumo, pero las nuestras son nuevas lo que haría que el mismo motor con la misma helice de bastante más potencia, por lo que si el suyo iba justo, puede que nosotros lo quememos. Hasta la altura afecta, la misma configuración a nivel del mar consumirá más que a 1500m de altura por la distinta densidad del aire, hay que tener todo en cuenta al mirar qué le funciona a la gente en los foros. Por eso lo mejor y más práctico siempre es tener tu propio amperímetro y probar todas las helices que el motor pueda mover sin pasarse de consumo (lo que se suele limitar a 2, 3 ó 4 como mucho) 

Si no teneis comprobad siempre la temperatura tocando el motor nada más aterrizar. Para cambiar de hélice sin cambiar el consumo del motor (si por ejemplo queremos más velocidad pero no se le puede exigir más al motor que ya va apretado) se puede hacer bajando 1,5-2 pulgadas de paso por cada pulgada de diámetro que queramos subir, o vieceversa. (p.e. de una 10x6 a una 9x8 ó una 11x4), pero el consumo nunca será el mismo ya que depende del tamaño de la hélice y de la marca, por lo que vuelvo a recomendar un amperímetro. 



2.5 Velocidad máxima 

Este es un cálculo que tampoco hago muy a menudo. Está bien para hacernos una idea de la velocidad de vuelo que puede conseguir un avión con una motorización determinada, yo lo hago más que nada como curiosidad o para configurar aviones que quiero que sean rápidos y saber de antemano si me bastará con ese motor o voy a querer más chicha. Lo podemos hacer con la siguiente fórmula 

Velocidad teórica aproximada (km/h) = 0,001524 * kv * Vbatería * paso 

La única pega que nos puede surgir es saber qué hélice (paso) puede llegar a mover el motor, pero si usas el buscador de cualquier foro seguro que encuentras a alguien que lo está usando y ya ha puesto qué hélice usa  

Hay que tener en cuenta que esta velocidad nunca se alcanzará en vuelo nivelado, ya que el rozamiento del avión le frenará más o menos dependiendo de lo aerodinámico que sea, del perfil, del tamaño, el rendimiento de la helice.… Por comparaciones que he visto entre la teoría y mediciones en campo con radar la velocidad real suele andar entre el 70 y el 80% de lo que da la fórmula, por lo que multiplicando por 0,75 el resultado no se desviará mucho de la velocidad real.