Articulo publicado: Manuel Verdugo en Mexico RC  http://www.mexicorc.com

Muchas gracias Manuel por facilitarnos este detallado trabajo.

Seleccionando el Motor mas Adecuado.

Voy a tratar de darles algunos datos para elegir el motor apropiado. Lo principal es contar con ciertas herramientas de software.

http://www.badcock.net/MotorXL/

Este es una link a un programa gratuito. Para calcular eficiencia de un motor basados en voltaje, corriente, y una hélice predeterminada para cierto número de revoluciones.

También podemos utilizar estos:

http://www.badcock.net/cgi-bin/powe...=+++0&Temp=20.0

Programa en línea, para saber el empuje y la eficiencia a partir de las revoluciones, amperaje y voltaje.

http://www.motocalc.com/

Programa muy útil, con una base de datos de motores, esc, baterías y aviones. Gratuito por 30 días.

http://www.drivecalc.de/

Programa parecido al anterior. Pero gratuito. Muy útil.

http://www.peakeff.com/Default.aspx

El Modelo

El tipo de modelo, determina la aplicación, el tamaño de la hélice, así como la velocidad y potencia necesaria par el buen desempeño del modelo. El peso del modelo con todo el equipo instalado es determinante.

Este método consta de 4 pasos.

1. Determinar la velocidad de perdida y la velocidad máxima del modelo
2. Determinar las RPM y la hélice más apropiada.
3. Determinar la potencia necesaria
4. Determinar el Motor y el Kv.

Paso No. 1.

Determinar la velocidad de perdida y la velocidad máxima del modelo.

La guía principal es la que proporciona el fabricante, pero en caso de que la marca y modelo sugerido no sea del agrado, que sea un diseño propio, o que no lo incluya en las instrucciones del modelo, podemos ayudarnos de esta forma. Buscamos, calculamos o deducimos el peso final de el modelo.

También determinamos con las medidas del ala la cantidad de pulgadas cuadradas que tiene, lo cargamos en el programa de http://motocalc.com en la sección de airframe. Para dar de alta el modelo, le incluimos un motor x y la batería x. para que coincida con el peso le ponemos calcular y nos da unos datos en donde el principal es la Stall speed. Con esta velocidad que seria la mínima para sostenerse en el aire. La multiplicamos por un factor que será la velocidad máxima, o a todo el acelerador.

• Factor de 2. Para Entrenamiento, Planeador y 3D y para aviones muy ligeros con una hélice grande con mucho empuje.
• Factor de 2.5. Para aviones sport, patrón, y Escala.
• Factor de 3. Para aviones de carreras o para cualquier aplicación de velocidad.

Así obtenemos la velocidad a la queremos volar el avión. Y con ella determinamos las revoluciones por minuto (RPM) para diferentes hélices para saber cual es la que ocupamos de acuerdo al empuje que proporcione y a la potencia que necesite.

Consideremos este Ejemplo.

Avistar Trainer. Este modelo es muy común y parecido a muchos entrenadores para motor .40

• Wing Span: 59 in (1500mm)
• Overall Length: 48 in.
• Wing Area: 602 sq in (39 sq dm)
• Flying Weight: 80 oz. 2.296kg)
• Radio: 4 channels Servos
• Motor glow .40-.46 2-stroke.

Ignorando el dato del motor hacemos nuestro análisis.

Parece ser un avión sport, y de entrenamiento para acrobacia, pero no para 3D.

Con la herramienta de http://www.motocalc.com obtenemos:

A pesar que en las especificaciones dan un peso de 80 oz., consideraremos un peso de 96 oz. ya que este será mas real al momento de hacer una conversión a eléctrico.

Así que su Stall Speed será de 22 mph.

Lo multiplicamos por un factor de 2.5 para obtener su velocidad máxima del modelo de 55 mph. Y considerando que el modelo nos genera una velocidad menor del 15 al 20 % de la velocidad del paso de la hélice

Para este modelo consideraremos el 83.3% o sea el valor de la velocidad del modelo por 1.2. para un total de 66 mph.

Nota.

Para aviones en aplicaciones 3D. Nos saltamos este paso y solo consideraremos el empuje. Así que multiplicamos el peso estimado por 1.5.  y ese será el empuje requerido.

Paso No. 2.

Determinar las RPM y la hélice más apropiada.

Utilizando la herramienta http://www.badcock.net/MotorXL o la de http://www.drivecalc.de/ en la sección de Tools, Simple prop calculador,  determinamos con diferentes hélices las revoluciones que se ocupan para producir la velocidad buscada y con esto obtendremos la velocidad de la hélice o Pitch speed.

Considerando que la velocidad del modelo, solo se puede obtener en la practica y con un radar. Utilizaremos la velocidad producida por la hélice para las revoluciones marcadas. La velocidad del modelo depende de la resistencia al avance que presente, del perfil del ala y del viento.

Para obtener 66mph de Pitch speed de una hélice determinada, se necesitan las siguientes RPM.

• APC e10 x 7= 9954 rpm,
• APC e11 x 5.5 =12,669 rpm,
• APC e 11x 7 = 9954 rpm.
• GWS hd10 x6=11,613 rpm, ( La Hélice GWS queda descartada, ya que el fabricante recomienda un maximo de 10,000 rpm.)

Y estas hélices producirían a estas revoluciones, y este empuje.

• APC e10 x 7= 9954 rpm, 1617g, 56oz.
• APC e11 x 5.5 =12,669 rpm, 3205g, 113oz.
• APC e 11x 7 = 9954 rpm. 2268g, 80oz.

Un avión de 96 oz. de peso, apenas si volaría al nivel del mar con un empuje de 56 oz. y seria muy exagerado con 113oz. por lo tanto escogeremos la restante, APC 11x7., que da 80 oz a 9954rpm. Esta hélice producirá a estas revoluciones, un trabajo equivalente a 461.3 watts también llamada potencia de salida.

Paso No. 3.

Determinar la potencia necesaria.

Esta hélice producirá a estas revoluciones, un trabajo equivalente a 461.3 watts también llamada potencia de salida. Como en todos los motores eléctricos tenemos perdidas y la eficiencia no puede ser del 100% más bien varía entre el 50 y el 80%  un buen motor nos daría su potencia máxima con una eficiencia del 70% al 80%.

Ahora si 461.3 Watts. que es la potencia de salida es el 70%, el 100% será 659 Watts que será nuestra potencia de entrada al 70% de eficiencia, ahora si 461.3 Watts. , que es la potencia de salida es el 80% el 100% será 576.6 Watts. que será nuestra potencia de entrada al 80% de eficiencia.

• Con 2s. Ocuparemos 7.V*94.14 A = 659 Watts. Al 70%
• Con 2s. Ocuparemos 7.V*82.29 A = 576 Watts. Al 80%
• Con 3s. Ocupamos 10.5V*62.76= 659 Watts a 70%.
• Con 3s. Ocupamos 10.5V*54.86= 576 Watts a 80%.
• Con 4s. Ocupamos 145V*47.07A= 659 Watts a 70%.
• Con 4s. Ocupamos 145V*41.14A= 576 Watts a 80%.
• Con 5s. Ocupamos 17.5V*37.66A= 659 Watts a 70%.
• Con 5s. Ocupamos 17.5V*32.91A= 576 Watts a 80%.
• Con 6s. Ocupamos 21V*31.38A= 659 Watts a 70%.
• Con 6s. Ocupamos 21V*27.43A= 576 Watts a 80%.

Claramente se ve una ventaja al utilizar un motor de mejor eficiencia y también con un voltaje mayor. Siendo mejor utilizar 6s contra el de 5s., 5 contra 4 y asi sucesivamente.

En este paso decidimos que batería vamos a utilizar. Y para hacerlo mas fácil, los siguientes cálculos serán con 6s. o 21 Volts.

Paso No. 4.

Determinar el Motor y el Kv.

Un cálculo que se hace sin ser científicamente correcto es el de encontrar el Kv para el motor, que consiste de Multiplicar la RPM * 100 entre la eficiencia mas 2-5 puntos adicionales. El total entre el voltaje a utilizar.

En este ejemplo, que buscamos 9954 rpm. a 70% de eficiencia mas 5 puntos lo multiplicamos por 100 y lo dividimos entre 75, luego entre 21.

Nos daría un Kv de 632. y entre 85% nos daría un Kv. de 557. Por lo tanto necesitamos un motor con un KV. entre este rango.

Existe una regla, que dice que un motor debe pesar por lo menos 1oz. por cada 100 Watts de entrada. Pero para motores con hélice grande seria mejor considerar un máximo de 85 Watts por oz.

Entonces ocuparemos un motor a 70% de eficiencia que pese por encima de 7.75oz. (219 gramos) con un kv de 632. y a 80% de eficiencia que pese 6.77oz (193 gramos), con kv de 557.

Un motor con el 80% de eficiencia deberá soportar un mínimo de 576 Watts, un motor con el 70% de eficiencia deberá soportar un mínimo de 659 Watts. para hacer el mismo trabajo. Claramente se ve una desventaja por usar un motor de poca eficiencia.

A la hora de seleccionar el motor dentro del rango obtenido, el mas apropiado, será el de menor peso y de mayor eficiencia. Entiendo que este método no es totalmente correcto, pero es muy sencillo y fácil además nos da una muy buena aproximación a la realidad.

Este análisis, se simplifica utilizando una hoja de Excel que a continuación describo, solo se requiere bajar el programa. Y hay 2 versiones, una para baterías lipo y otra para baterías 123. Tratando de hacer mucho mas fácil este proceso, se ha desarrollado una hoja de calculo en Excel, que nos permitirá seleccionar el Motor para nuestro avión.

Este programa requiere de 7 decisiones, las cuales nos proporcionaran el éxito o el fracaso en la selección del motor. Estas decisiones están marcadas en la hoja de Excel, 4 en cuadros azul cielo, también requiere de 3 datos que implican al modelo. Y están en cuadros amarillos.

Dos datos adicionales dependiendo de la marca del motor que se quiera usar, al final el programa nos dirá las características de peso y Kv del motor a usar, las RPM , la hélice, la batería, los ampers necesarios y el tiempo de vuelo estimado.

El orden a seguir será el siguiente:

Primera Etapa.

Velocidad de Perdida. Casilla amarilla en B14. Conociendo el modelo, superficie de ala y peso estimado de vuelo. Se calcula la velocidad de perdida en Millas por Hora. Aquí se utiliza el programa de moto calc. Y este nos proporcionara el dato exacto. (el procedimiento lo publicare en otro post.)

Factor. Casilla azul B15. Conociendo la velocidad de perdida lo multiplicamos por un factor, para considerar la velocidad máxima del modelo. 2.5 a 3.5 es apropiado. Pero depende de las preferencias de cada uno.

Pitch Speed. Casilla verde B16. Velocidad de la hélice a determinadas RPM. Depende del paso de la hélice. Y en esta fila estan de 3 hasta el 11. también es un valor resultante de la velocidad del modelo y las RPM marcadas serian las necesarias para conseguir la velocidad del modelo.

Model Speed. Casilla verde B17. La Velocidad de perdida multiplicada por el factor. Nos da la velocidad del modelo. Que seria totalmente acelerado en línea recta y con las RPM marcadas en Pitch speed. (La velocidad del modelo varia con el tipo de modelo y su peso. Aquí es un estimado de 83% del Pitch speed.)

Watts por Lb. Casilla azul B19. Este valor es subjetivo y depende exclusivamente de uno decidirlo. Aunque por lo general para volar Sport y muy parecido a uno de glow, se utilizan 100Watts por libra. Para aplicaciones 3D es mas alto 120-150. pero ahí influye enormemente el empuje contra velocidad. Y eso se vera mas tarde.

Peso del avión Casilla Amarilla B20. Peso estimado del modelo, incluyendo baterías y motor. Este dato tiene que ser calculado o estimado utilizando toda la información disponible del modelo. Si se trata de un avión de glow. Se puede considerar el peso máximo sugerido por el fabricante y posiblemente agregarle un 15%.

Watts de entrada. Casilla Verde B21 Los watts de entrada se utilizan dos veces. En esta casilla es el resultante de el peso del avión y los watts por libra que queremos usar. En otras palabras para un avión de 2 libras de peso ocuparemos 200 watts.

Watts de salida. Casilla Verde B22. Conociendo los Watts de entrada, automáticamente el programa nos da los Watts de salida a 70% de eficiencia del motor. El valor de 70% es genérico y puede variar según el motor que se utilice.

El Valor en Watts de salida se tiene que aparear con una Hélice a las RPM antes encontradas y eso nos dirá que tamaño de hélice podemos utilizar. Aquí se pueden dar casos en que se pueden utilizar varios tamaños de hélice a diferentes ángulos de pitch. y será una preferencia escoger la hélice. Para este proceso nos apoyaremos en el programa de Drive calc.

Todos los valores de RPM nos darán la velocidad del modelo que queremos, pero dependiendo el tamaño de la hélice nos dará la potencia que andamos buscando. Aquí puede coincidir con diferentes hélices y será algo personal escoger la que mas nos agrade.

Segunda Etapa


RPM revoluciones por Minuto. Casilla azul B27.
En este cuadro se ponen las RPM seleccionadas anteriormente.

Diámetro y paso de Hélice. Casillas azules B28 y B29.
Estos cuadros los alimentamos con los datos de la hélice seleccionada. Y al multiplicarse por las RPM nos da en C27 y C28 la velocidad de la hélice y en D27 y D28. la velocidad del modelo. Dato que se esta repitiendo.

Watts out. Casilla Amarilla B30.
Este dato se obtuvo de Drive calc al seleccionar la hélice apropiada.

Bateria Ma. Casilla azul B31.
Conociendo los datos de potencia ponemos una capacidad de batería a discreción.
Al final se ajusta a nuestras necesidades y procurando unos 6 miin. De vuelo.

Voltaje. Casillas verdes l B32, C32, D32, E32.F32.
Es el voltaje con carga que dan las baterías lipo. Y se utiliza en múltiplos de 3.5 V.
122 watts por celda es muy apropiado y probablemente más económico. Es mejor utilizar más celdas con más voltaje, que aumentar el amperaje por encima de 35A. (esto es cuestion de preferencias)

Eficiencia. Casilla rosa G51-J70.
De preferencia utilice los datos de la tabla rosa y que coincida con la marca del motor o 70 y 70 para algo genérico.

Watts/oz. Casilla azul B35.
Se le alimenta con los watts que uno desea consumir por oz. De peso del motor. Normalmente seria de 57 hasta 85. forzando mas al motor con los números altos. Y solo recomendado para motores de velocidad y con muy buena ventilación. Algunos motores suelen pasar de 100.

Al Final en la Tercera etapa. Desde A60 hasta G85. Tenemos un resumen de todos los datos obtenidos. Y son automáticos con la excepción de los datos de casillas amarillas.


Para poderlo utilizar es necesario descargar el archivo zip que viene con los datos de un Avistar 40.
Y bajar el software Excel Calculo de modelos con Lipo y con A123.

Adjunto programas