Sistema de Propulsão Elétrico - Básico

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Sistema de Propulsão Elétrico - Básico

Mensagem por João Victor em Qua 29 Jun - 15:36:38

Sistema de Propulsão Elétrico - Básico

Quando se inicia no aeromodelismo elétrico tem-se muita dúvidas. Perguntas como: “O que significa o “C” das baterias??”, “O que é KV???, Quantos Amperes tem que ter o ESC??, “Porque meu motor queimou??”, entre outras, são frequentes. Por isso fiz esta adaptação do artigo de JOHN REID, colunista da ModelAirPlane, que recebi esta semana e acrescentei algumas considerações minhas, de acordo com a minha "experiência".

O sistema de propulsão elétrico é constituido por 3 itens básicos: a bateria, motor e ESC.

MOTOR
Os motores sem escova se tornaram a base dos aeromodelos elétricos, e há muitas razões pelas quais eles se tornaram tão dominantes. Comparado com os motores tradicionais (Brushed), os motores brushless têm maior velocidade, maior potência, são leves e têm uma maior durabilidade. Sua única desvantagem é que requerem um controlador mais avançado para operar. O controle eletrônico de velocidade (ESC) tem que converter a energia DC da bateria em três fases AC para o motor. Os motores são divididos em dois tipos básicos: Inrunners e Outrunners.

Inrunners foram os primeiros motores sem escova. Eles receberam esse nome porque seu núcleo de rotação está contido dentro do motor, assim como os motores brushed. Um inrunner bem projetado é extremamente eficiente, giram excepcionalmente rápido, necessitam de hélices pequenas e têm um baixo torque. Devido a isso, é comum a utilização de caixas de redução para reduzir a sua velocidade e aumentar o seu torque. Também são muito utilizados para velocidade e EDFs.

Os motores Outrunner tornaram-se rapidamente populares e agora estão disponíveis em vários tamanhos. Neste tipo de motor, sua camada externa (onde estão localizados os imãs) gira em torno do estator. Devido a isso, os motores Outrunners são mais lentos do que os inrunner, mas produzem muito mais torque. Por girar a hélice maiores e por não precisarem de caixa de redução, os motores Outrunner se tornaram o motor preferido dos aeromodelistas.

Potência do motor: KV

Em aeromodelismo, kV é rpm por volts (sem carga). Por exemplo, quando alimentado por uma bateria de 11,1 volts, um motor de 860 kV produzirá um rpm, sem carga, de 9546. Qualquer carga no motor vai reduzir esse número. Entenda por “carga” uma hélice, um spinner, etc. Estes números devem ser usados como um guia para escolher os motores. Como regra, os motores com alto kV vão virar hélices pequenas em altas rotações, por isso eles são bons para a alta velocidade e para EDFs. Motores de baixo KV são mais adequados para hélices maiores (maior torque), por isso eles são ótimos para aviões de acrobacia e 3D.

Relação KV e Aerodinâmica de aeromodelos

Aeromodelos possuem características aerodinâmicas que muito não levam em consideração na hora de escolher o sistema de propulsão. É muito comum ver pessoas escolherem um motor somente com base na potência (watts) e no empuxo e acabam esquecendo da velocidade. Isso acaba prejudicando o desempenho tanto do sistema quanto do aeromodelo.
Tenho lido muito sobre estas características aerodinâmicas e criei a seguinte relação KV e Aerodinâmica:

• Até 600kv – Motores de torque elevado, ideal para modelos de médio/grande porte e 3D;
• 600-1000kv – Motores de torque moderado e baixa velocidade, frequentemente usado em modelos Treinadores;
• 1000-1300kv - Recomendado pra modelos Treinadores com características acrobáticas. São motores com um bom torque e uma boa velocidade;
• 1300-1600kv – Motores recomendados para Asa Baixa, Sport, Warbirds e todos os aeromodelos de média velocidade;
• 1600-2200kv – São motores de baixo torque mas com velocidade moderada á alta. Muito bom para Racers, Zagi, etc;
• Acima de 2200kv – Possuem muita velocidade e torque relativamente baixo. Ideais para Jatos (Pusher e EDF), Pylon, Zagi de velocidade.

Potência do motor: Watts

Usamos watts para medir a potência em elétrica. Quando um motor não tras em suas especificações, sua potencia em watts, podemos aplicar a fórmula watts = volts*ampéres.

Vejamos como determinar um motor pelas exigências de um modelo:

• 50-70 watts para cada 453g é o nível mínimo de energia, bom para park flyers e slow flyers.
• 70-90 watts para cada 453g é perfeito para os treinadores.
• 90-110 watts para cada 453g é bom para aeromodelos escala e alguns sport acrobáticos.
• 110-130 watts para cada 453g é o que você quer para acrobacias avançadas e aeromodelos de alta velocidade.
• 130-150 watts para cada 453g é necessário para modelos 3D e EDFs.
• 150-210 + watts para cada 453g oferece desempenho ilimitado para qualquer modelo 3D.

Com este conhecimento, você só precisa saber o peso do seu modelo e poderá escolher o motor mais indicado.Tenha em mente, que estes dados são apenas um palpite, um motor poderá ter um desempenho diferente dependendo do peso e tipo de aeronave.

ESCS
O ESC controla a velocidade com que o motor gira, e é conectado ao canal do acelerador do receptor. O ESC controla a distribuição do campo magnético no interior dos motores, e isso faz girar o motor. São avaliados pela Amperagem máxima que podem enviar ao motor. Uma boa dica é usar um ESC que tenha, como amperagem máxima,cerca de 20% acima da corrente de pico do motor.
Alguns ESCs são programáveis. Podem ser programados por meio de cartões de programação ou apenas movendo os sticks do transmissor em determinados momentos durante a instalação. A programação pode incluir o estabelecimento de limites de baixa tensão de corte, tempo, aceleração, frenagem e direção de rotação do motor. Ter controle sobre as diferentes características de um ESC permite que você personalize seu sistema de acordo com suas necessidades de vôo.

CIRCUITO ELIMINADOR DE BATERIA

O circuito eliminador de bateria (BEC) permite aos pilotos usar uma bateria para alimenta o motor e o receptor. Normalmente, o BEC está embutido no ESC, mas você pode comprá-lo como uma unidade separada. A tarefa do BEC é reduzir a tensão da bateria para o receptor. A outra tarefa do BEC é desviar a tensão da bateria para o receptor, de modo que o piloto ainda possa controlar o aeromodelo quando a bateria estiver fraca.

BATERIAS

Baterias: C Unidade de Carga/Descarga.

O "C" em baterias LiPo permite ao aeromodelista saber quanto de Corrente (A) pode ser facilmente retirado da bateria. Uma bateria de 20C significa que você pode retirar Corrente (A) até 20 vezes a capacidade da bateria. Uma bateria de 4200 mAh, que é classificada como a 20C irá descarregar até 84.000 mA, ou 84 amperes. Muitos packs têm 2 classificações de C: Contínuo, onde a corrente pode ser puxada da bateria em condiçoes normais até que a bateria se esgote e, Pico, onde a bateria pode fornecer a corrente máxima por alguns segundos.. A bateria terá que ser executada sob a corrente contínua por um tempo antes de executar o Pico novamente.

Baterias: mAh

Miliamperes por hora (mAh) é freqüentemente usado para se referir à capacidade de produção de baterias. Esta é a quantidade de corrente que você pode esperar para um pack de bateria durante a operação normal. Pense em mAh como o tempo de voo, quanto maior o mAh maior o tempo de voo. Mas lembre-se de que quanto maior o mAh maior é seu peso e, dependendo do tamanho do aeromodelo, uma bateria maior pode ser prejudicial ao desempenho do modelo.

Baterias: TENSÃO (V)

A tensão é freqüentemente usado para aumentar a potência do motor. Fornecer mais tensão para o motor irá fazê-lo girar mais rápido e também vai produzir mais potencia. Pense em tensão como potência e desempenho, mas nunca ultrapasse as recomendações do fabricante.

Baterias: Configurações

As baterias têm células dispostas em diferentes configurações, o que é muitas vezes referida como (s) série e (p) em paralelo.
Quando ligados em série, o terminal negativo de uma célula se conecta ao terminal positivo da célula seguinte e assim por diante. Se você tem 3 células conectadas dessa maneira, ele é chamado um pack 3s. Um pack ligado em série fornece mais tensão do que uma única célula, e a quantidade depende de quantas células estão conectados desta maneira. Por exemplo, o pacote com 3 células, 3s x 3,7 volts, o que equivale a 11,1 volts.
Nos packs conectados em paralelo, todos os terminais positivo da célula estão conectados e todos os terminais negativos estão ligados. Um pack conectado em paralelo é usado para fornecer mais corrente que uma única célula, e a quantidade depende de quantas células estão conectados desta maneira. Por exemplo, se você tiver células de 2100mAh ligadas em paralelo 2p, então você tem 4200mAh.


Como escolher o sistema de propulsão elétrico

Como mensionado anteriormente, o sistema de propulsão básico é comporto por: Motor, Bateria e Esc.
Vejamos agora a maneira correta de se determinar o sistema de propulsão

Passo 1 - Escolha do Aeromodelo

Tudo começa com a escolha do aeromodelo.
Escolhido o modelo, é necessário saber em que categoria ele se encaixa: 3D, Acrobáticos, Sports, Treinadores ou Planadores.

Passo 2 – Peso

Com o aeromodelo em mãos, vamos pesá-lo.
Você deve pesar o aero completo com rodas, linkagem, trem de pouso, servos, receptor e qualquer outro acessório.

Passo 3 – Motor

Agora que já sabemos o peso do aero, incluindo todos os acessórios, e em qual categoria ele se encaixa, vamos a escolha do motor.

A primeira etapa é escolher pelo KV de acordo com a categoria do aero:
Modelos 3D precisam de muito torque;
Modelos Acrobático precisam de torque e velocidade moderada;
Modelos Sports precisam de menos torque e mais velocidade;
Modelos Treinadores precisam de torque e velocidade baixa;
Modelos Planadores (moto-planadores) precisam de pouco torque e pouca velocidade.

No primeiro post tem uma relação de KV e as caracteristicas aerodinâmicas de cada categoria de aero.

A segunda etapa é escolher pela potencia, seja ela em Watts ou Empuxo, e como já eliminamos alguns motores pelo KV fica mais fácil. Nunca esqueça que o motor deve ser calculado com base no peso total do aero.
Modelos 3D – pelo menos 100% a mais de empuxo;
Modelos Acrobático – em torno de 50% a mais de empuxo;
Modelos Sports - de 30% a 50% a mais de empuxo;
Modelos Treinadores e Moto-Planadores – até 10% a menos de empuxo;

Agora que já definimos o motor precisamos de algumas informações: Tensão, Corrente Nominal, Corrente de Pico, Hélice recomendada e Peso.
Com estas informações partiremos para o próximo passo.

Passo 4 – ESC

Para escolher o ESC é preciso saber qual a corrente consumida pelo motor (informação coletada no passo 3). Devemos escolher o Esc com pelo menos 20% a mais que a corrente de pico do motor. Assim, evitamos de queimar o Esc em uma acelerada brusca.

Não esqueça de anotar o peso do Esc e vamos ao passo 5.

Passo 5 – Bateria

Primeiro precisamos saber qual a tensão de operação do motor (informação coletada no passo 3).
Agora que já sabemos a tensão que a bateria deve ter, vamos calcular a corrente necessária.

A bateria, em modo continuo, deve supri pelo menos 30% a mais que a corrente de pico do motor, para evitar super-aquecimento.

Por exemplo, um motor tem como corrente de pico 18A, considere como minimo 24A (18 + 30%). Agora divida os 24A pela Capacidade de Descarga Continua da bateria (o valor “C” da bateria), digamos que seja 20C e teremos como resultado 1,2A. Uma bateria de 1300mAh seria o suficiente.

Anote o peso da bateria e vamos ao próximo passo.

Passo 6 – Hélice

Escolha a hélice com base nas recomendações do fabricante do motor. Caso o fabricante não informe qual a melhor hélice, você precisará de um equipamento para medir a Corrente de consumo do motor com a hélice em questão.
Nunca ultrapasse a Corrente de Pico do motor! Essa corrente é alcançada com uma aceleração brusca (rápida). É nestes momento que o motor pode queimar!

Anote o peso e vamos em frente!

Passo 7 – Verificando peso total e potência do motor

Agora vamos somar ao peso do aeromodelo o peso do motor, esc, bateria e hélice. No caso de utilizar montante, spinners ou adaptadores deve-se somar seus respectivos pesos também.

Se o peso total ainda esteja dentro da potencia do motor, você acabou de escolher o sistema ideal para o seu aeromodelo.
Caso o motor não tenho potencia suficiente, repita os passos anteriores para escolher um motor mais potente. Não esqueça que não basta só trocar o motor por um mais potente, precisamos saber se o Esc, a Bateria e a Hélice são adequadas ao novo motor.

Referencia: Artigo de Reinaldo M. Martins (HobbyDelivery).
Edição Original: NelsonSM (Forum: Eletricos do Sul)
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