Tecnotrastos

Cuando te compras un Honey Bee King II ya eres consciente de que el motor de escobillas va a durar muy poco, no obstante, aún así todos nos llevamos un pequeño disgusto el día que el motor acaba frito. Personalmente mi motor no duró más de 15 intentos de vuelo, pero eso también es parte de ser novato. Efectuando un pequeño rodaje, haciendo girar al motor fuera del helicóptero a un 20% de potencia (por ejemplo) durante 5 minutos habría alargado mucho su vida. No obstante, aún así, los motores de escobillas son cosa del pasado. Son poco potentes, requieren mantenimiento y su eficiencia deja bastante que desear.

La actualización a motor sin escobillas (de ahora en adelante Brushless) es algo inevitable. Cuando se quema el motor de serie es un buen momento para cambiar al motor nuevo, que si hemos sido previsores habremos compado con anterioridad. No obstante los motores brushless trifásicos requieren de un regulador distinto que los de escobillas, habitualmente se le llama variador o ESC (Electronic Speed Controller), por tanto será asimismo necesario comprar un variador brushless.

Los motores brushless son más eficientes, por tanto para proporcionar la misma potencia emplean menos corriente. No obstante es muy fácil encontrar en el mercado motores mucho más potentes que nuestro pequeño motor de serie. Esto implica que si el consumo del nuevo motor es superior a 10A, cosa bastante habitual, la batería de serie tampoco será suficiente. Independientemente del motor elegido, durante nuestro aprendizaje, mientras estemos realizando estacionarios, nuestro motor no consumirá más de 10A; pero seguir utilizando la batería de serie es sin duda peligroso. En caso de pedir más potencia de la que la batería puede proporcionar, la tensión de la misma cae drásticamente, como recordaréis de otros artículos, las baterías LiPo no deben descargarse por debajo de 3V por celda. Estos picos de consumo provocan caídas por debajo de la tensión de seguridad y esto produce sobrecalentamiento e hinchazón de la batería.

Otro pequeño detalle que no todo el mundo tiene en cuenta a la hora de encargar el nuevo motor/variador es que en baterías de más de 10C siempre se emplean conectores Dean, también llamados conectores "T", que soportan mayores corrientes. Por tanto si queremos seguir empleando nuestra vieja lipo con el nuevo variador será necesario, bien un adaptador, o bien soldar el nuevo conector.

Los motores empleados en el HBK están comprendidos en el rango de entre 130 y 250 w, con un peso de entre 40 y 60 gr y con una constante de velocidad de entre 3100 y 4000 rpm/v. Por tanto nos encontramos ante un amplio margen de posibilidades

Como última pieza del rompecabezas, pero no por ello menos importante, hay que tener en cuenta el piñón que vamos a emplear, los piñones vienen definidos por cuatro características principales:

1. Tamaño del eje: debemos emplear el mismo tamaño de eje que nuestro motor, de lo contrario no podremos encajarlo. Los tamaños más habituales son 2,3 y 3,17mm
2. Módulo del diente: debe ser el mismo módulo que el empleado por la corona donde engrana, de lo contrario los dientes no encajarán. En este caso el módulo empleado es 0,5
3. Número de dientes: es un parámetro que debe ser elegido cuidadosamente, de él dependerá el número de revoluciones por minuto que obtendremos finalmente en el rotor. El consumo del motor también depende de su elección. Los tamaños habituales son de 9 a 12 dientes. El número mínimo de dientes posible se encuentra limitado por el diámetro del eje.
4. Unión con el motor: existen dos posibilidades; a presión o con tornillo. Mi recomendación es clara, utilizad siempre piñones con tornillo, su montaje y desmontaje es enormemente más sencillo.

De todos los anteriores puntos la elección es clara, excepto para el número de dientes (N_p). Este parámetro requiere un poco más de atención; para su cálculo hay que tener en cuenta las siguientes variables:

1. Constante de velocidad del motor (K_v): Dependerá del motor elegido
2. Tensión de trabajo (V): Puesto que la tensión es variable los cálculos se realizan a la tensión nominal de la batería (11,1V) pero también es necesario tener presente la tensión máxima (12,6V) a fin de no exceder las capacidades mecánicas del rotor
3. Eficiencia del motor (η): La eficiencia de un motor no es tampoco un dato fijo, sino una curva que depende del punto de trabajo en que nos encontremos.
   Debido a que los fabricantes rara vez proporcionan la curva completa de los motores se simplifica utilizando un valor constante, este valor debería corresponderse con el punto más habitual de trabajo, pero hay que tener cuidado con ciertas especificaciones que proporcionan algunos fabricantes, que pueden causar confusión proporcionando una eficiencia máxima que nunca se alcanza en la realidad. Valores típicos de la eficiencia se encuentran en torno a 80 u 85%.
4. Número de dientes de la corona (N_c): La corona principal de nuestro helicóptero consta de 140 dientes
5. Velocidad deseada del rotor principal (RPM): Usualmente entre 2100 y 3000 rpm, dependiendo del tipo de vuelo deseado y de si empleamos rotor de plástico o de aluminio

La fórmula para el cálculo del piñón necesario es la siguiente:

Por supuesto, esta fórmula proporciona un valor decimal del número de dientes, necesitamos un número entero, por lo que realizamos la aproximación al número de dientes más cercano al calculado. De esta manera el número de revoluciones obtenidas en el rotor habrá variado ligeramente. Para volver a calcularlo con el nuevo piñón reordenamos un poco la fórmula:

Por ejemplo, vamos a realizar los cálculos para el motor Esky 3900; supongamos que deseamos una velocidad del rotor en torno a 2600rpm, el cálculo sería el siguiente:

Np = 2600 * 140 / (0,85 * 3900 * 11,1) = 9,892245186

Por tanto elegimos un piñón de 10 dientes, ahora calculamos las revoluciones teóricas que obtendremos:

RPM = 0.85 * 3900 * 11.1 * 10 / 140 = 2628,32 rpm

No hace falta precisar tanto el cálculo de las RPM dado que que en realidad obtendremos una cifra probablemente menor que la calculada, en este caso se consigue una velocidad similar a la deseada, pero en algunos casos no será posible, pudiendo obtener desvíos de más de 100rpm; sin que eso por supuesto resulte un problema en absoluto.

Por cierto, la configuración del ejemplo la he probado personalmente en mi helicóptero y funciona de maravilla, no obstante, se escoja la configuración que se escoja, recomiendo que nunca se vaya más allá de las 2600~2700rpm con el rotor de plástico, además tampoco es necesario.

Como podéis ver me ha salido un discurso bastante teórico, tal vez no es exactamente lo que esperabais pero he creído que resulta interesante conocer las bases para que vosotros mismos sepáis evaluar si una configuración es adecuada o no. En la próxima entrega continuaré hablando de los motores y variadores brushless, pero comentando marcas y modelos concretos. Todo mucho más práctico y directo.