miércoles, 5 de marzo de 2014

25 preguntas sobre la electricidad en RC (Parte I)


1. Vengo de un brushed, ¿qué tengo que mirar?
Pues esta pregunta es muy sencilla de responder. Aquí hay dos ligas: La champions y 2ªB. La primera tiene cosas como Team Trinity, Novak, Tekin, LRP, Reedy, Castle Creations, y otros. Productos muy artesanales, que tienen precios desorbitados. Poderosamente enfocados a la competición. La otra liga, tiene como alineación principal, Leopard, Turnigy, Hobbywing, etc. 

Un motor de casi 1000W, por poco más de 30 euros
Si no vas a competir, debes mirar los combos, digamos, "chinos" o de "segundo nivel". Más adelante veremos cuáles son las diferencias entre un motor "de segundo nivel" y un motor de 150 euros, pero si tu objetivo es divertirte y disfrutar, en mi opinión, no vale la pena en absoluto el esfuerzo económico. 

Por lo general, si vienes de un combo brushed, como sabes, la inversión suele ser importante, porque suele ser el momento en el que cambias variador, motor, lipo, y -si todo va bien- te compras el cargador mínimamente majo. Como te compliques un poco la vida en las 4 cosas, vas a gastar bastante más de lo que te costó el coche original RTR...o el doble.

Si no quieres leer mucho más, el párrafo siguiente tiene la solución, pero te recomiendo que te intentes apurar toda la información para que tengas más capacidad de decisión, y así puedas disfrutar a tope de tu elección.

Por tanto, mi opinión es que busques por Leopard, Hobbywing, Turnigy (marca de hobbyking). Existen motores y variadores de todo tipo. Como es muy probable que el bolsillo apriete, un 3300KV-13T con un variador 60A, estará más que bien para casi todas las situaciones. 

Si miras muchísimo el precio, hasta el céntimo, ten cuidado, porque han salido fabricantes chinos que hacen copias falsas del mismo motor, sobre todo en eBay.

2. MOTOR: Pero ¿qué significan todos esos parámetros?
Pues me propuse hacer el manual sin poner muchas fórmulas (alguna pondré), pero explicaremos las nociones básicas a saber en estos casos. 

Para el caso de los brushless, y dependiendo un poco del fabricante, hablan de vueltas de inducido ("T's") o de KV, que son "vueltas máximas teóricas del motor por voltio". Existe una relación directa, aunque no constante por fabricante entre ambos valores. A menos T, más KV, y teóricamente, más aceleración; Por el contrario, el motor dará menos par inicial (fuerza de arranque), y si tu coche es pesado y en especial 4x4, deberás tenerlo en cuenta, si no quieres que sea perezoso. 

Esto es lo básico para elegir el motor. Luego hablaré de polos y tallas de motor. Si quieres acertar, no te vayas muy lejos de donde parte el fabricante. Esto es, si el coche viene de serie con un 3300KV, puedes intentar un 4300KV (o --quizá-- un 4900KV), pero el resto son experimentos que suelen salir muy mal. Como anécdota, te diré que monté, por curiosidad un Turnigy de 6T, 5180KV en mi Asso B4.1, y era, directamente ingobernable, ni con las ruedas más blandas, ni programando el ESC a lo mínimo, ni con un piñón notablemente menor (desde 23 dientes hasta 18 probé)...funcionó aceptablemente. Demasiada potencia. Ingobernable. Quizá en un circuito, por unas manos extremadamente expertas, hubiera sido un tiro. En mi caso, dejó de ser divertido. Fin de la historia. Por suerte, el hobbyking nos permite probar estas cosas tan potentes y muy baratas.

3. Si el motor más potente cuesta lo mismo, ¿por qué no había de comprarlo? 
El gran problema que existe es que --sobre todo en los fabricantes masivos, de segundo nivel-- los motores cuestan exactamente igual. Un motor de 17.5T (2200KV) y uno de 4T (7000KV) cuestan lo mismo, ¡al céntimo!, con lo cual, la elección final es del cliente. 

Sin duda, es una tentación buscar un motor con menos vueltas, y por tanto más potente, que nos permita auparnos a la primera posición del podio. 

Pero eso, no siempre es así. Si el coche es 2WD, de tracción trasera, ya hemos contado que las cosas son incluso más complicadas, porque el exceso de potencia se mitiga con buenas capacidades de conducción, que --al menos en mi caso-- no son siempre ciertas. Por tanto, como ya he dicho más arriba, yo no haría caso a cambios demasiado radicales en el motor. No van a redundar en resultados mejores. Si el coche es 4WD, las cosas son un poco más sencillas, porque la conducción es más fácil a la salida de las curvas (y a la entrada, jejeje) y también porque el sistema 4x4 se come parte de la energía generada por el motor, con lo que es razonable poner algo más de potencia.

Y desde el punto de vista puramente físico, un motor más potente va a redundar en una mayor exigencia al ESC y de éste a la batería, que --como es natural-- acabará durando menos. Y el resultado es incierto. Mal asunto, por tanto.

4. ESC: Pero ¿qué significan todos esos parámetros?
El ESC (electronic speed controller), o variador, es la pieza que "dosifica" la energía que produce nuestro motor. Y en el caso de los brushed, lo hace variando la tensión eléctrica que le llega al motor. Muy sencillo, algo así como un potenciómetro (resistencia variable) pero un poco más sofisticado.

Funcionamiento de los ciclos de PWM
En el caso de los coches brushless, el variador es más complicado. Funciona con una corriente trifásica (de ahí que salgan tres cables, del variador al motor) que llevan un determinado desfase en su onda. Por un funcionamiento basado en el "PWM" (modulación del pulsos) somos capaces de irle subiendo la energía que se cede al motor. Es importante saber que:

  • Quien demanda la potencia es el propio motor, en base a sus características físicas (número de vueltas de bobinado, fuerza del imán, calidad de construcción, número de polos, etc...)
 
  •  Quien la dosifica, es el ESC, en función de la posición del mando del gas de la emisora y de otras programaciones "software" que puede tener dentro el propio ESC, si es algo sofisticado.
 

5. LA BATERÍA: Pero ¿qué significan todos esos parámetros?
La batería, básicamente, tiene 3 parámetros claros. 

* El número de celdas que tiene, que nos dará su tensión teórica. Cada celda de litio, tiene 3.7V teóricos (4.20 reales), con lo que las baterías son 1s, 2s, 3s, dependiendo del número de celdas que se pongan en serie (suman la tensión, dando 8,4, 11.1...)

* Otro dato importante es la capacidad, en mAh, que es la corriente que la batería puede teóricamente dar en una hora. Por ejemplo, una batería de 4000mAh, puede funcionar 1 hora dando 4A, o media hora dando 8A.

* Y por último, las famosas C's, o capacidad de explosión en descarga (burst, en inglés). C es la medida universal en electrotecnia para indicar "una unidad de corriente equivalente a su capacidad", así que 1C para una batería de 4000mAh, son 4000mA = 4A. Y ello se utiliza en poner --y aquí es donde entra el marketing a andar-- la capacidad máxima de descarga que tiene la batería en un momento pico. Una batería de competición puede llegar a 150C, que para 4Ah, son  600A. Esas baterías, que --sigo dudándolo levemente, como explicaré más adelante-- cuestan una auténtica indecencia, pero las "segundas marcas" de baterías, han empezado a ofrecer lo mismo, 100C, oiga. Ni es real, ni --por supuesto, como veremos-- necesario.

Por tanto, como resumen, no son tan importantes las C's como nos las quieren vender, aunque vendan la mar de bien. Tampoco es buena idea comprar baterías de muchísima (cada vez son más normales, pero hay que poner algo de tino ahí...) capacidad, porque se saldrán de las medidas estándar y no será posible -probablemente- meterlas en la ubicación de la batería en el chasis del coche, además de que tendrán un peso muchísimo mayor, y es casi el 20% del peso del conjunto.

Si estamos en 2s, una turnigy 5300 mAh, con 60c es una excelente elección que nos dará un resultado muy bueno, por poco más de 20 euros. Los "C" de estas baterías, son como los lúmenes de las linternas del www.dx.com, pero bueno, sabiéndolo de antemano, es aceptable.

En cuanto al formato físico de la propia batería, el hardcase (caja dura) es siempre el más indicado ya que protege a las delicadas celdas de litio contra los golpes. 

6. ¿Qué cosas hay que saber sobre electricidad?
Es imposible entender cómo funciona un coche eléctrico de RC sin saberse la ley de Ohm. Ésta dice que la corriente y la tensión son la misma cosa, salvo una constante, que es la resistencia.

Y aunque ello es simplificar enormemente, pero podemos ver el conjunto ESC+MOTOR como una compleja resistencia.
I = \frac{V}{R},

Si lo vemos así, sabemos también, que la potencia eléctrica, P = I * V, con lo cual, parece muy razonable que ya tengamos casi todo lo que necesitamos para hacer que nuestro coche ruede. 

Con estas dos premisas, tenemos claro que a una tensión dada (como así sucede con una batería de RC), es la corriente eléctrica lo que va variando en cada caso, ya sabemos que lo que tenemos que controlar en cada momento, son los amperios que fluyen.

7. Pero entonces ¿la corriente no es constante?
Pues no. En absoluto. Hay varios factores que influyen. Uno es natural, y el gas que ponemos en nuestro gatillo. Es evidente, como la gasolina que fluye por los inyectores de un coche. Hasta ahí bien.
Pero hay una diferencia crucial con los motores térmicos: Si pongo el gatillo al máximo con el coche rodando a velocidad máxima, puede haber --supongamos-- 20A fluyendo. Si pongo el gatillo al máximo teniendo el coche parado, puede haber 200...

Y ésta es la clave (y el origen de muchas roturas de combos por exceso de temperatura). La corriente no es nunca constante, pero tiene --o puede tener-- picos (burst) realmente fuertes, a lo que ayudan los condensadores que tienen nuestros ESC, que son precisamente para eso, para proveer al motor de picos de corriente por encima de lo que sería posible por cesión de la propia batería.

8. ¿Puedo pensar en un motor eléctrico como uno de gasolina / diesel?
¡No! Y además es un error garrafal, que no nos deja avanzar en la conceptualización del modelo. Existen dos diferencias claras. Una, es que un coche de RC, por regla general, no tiene cambio de marchas, con lo que el par necesario y la potencia demandada para arrancar (y otras situaciones) es crítica en ciertos momentos. Y dos, que un motor térmico tiene una potencia dada, digamos 125CV (92.000W) y eso no se cambia. Sin embargo, la potencia del motor eléctrico no es dada, sino que depende de la tensión que le apliquemos. Y el único límite --y esto es importante-- es físico, es decir, que el motor salga por los aires, pero no por motivos eléctricos sino mecánicos...
Si un motor ofrece 500W con 7.2 V (una batería 2s), ofrecerá 750W con una batería 3s. ¿Gastará más corriente? No. ¡Falso! Exactamente la misma, repasad la fórmula. Utilizará más energía.
Atento a las señales. Si hay humo hay...¡¡fuego!!
Para entender esto, es muy razonable poner el siguiente simil: Imaginad una tubería por la que fluye el agua. La tensión eléctrica, es el equivalente al caudal, al diámetro de la tubería que deja pasar un determinado número de litros/min. La corriente eléctrica es la presión (lo fuerte o rápido que sale el agua). Demandar más energía de un motor, es demandar más agua al final del tubo. Para ello, puedo aumentar el diámetro del tubo (pasará más agua) subiendo la tensión, o aumentar la presión (que el agua fluya más fuerte). Más presión pone en riesgo el sistema, de la misma forma que más corriente lo hace con nuestros cables y ESC's.

En el caso que nos ocupa, sólo podemos subir la tensión, o cambiar el motor por uno que demande más amperios (corriente). 

9. Pero entonces ¿qué se puede quemar aquí?
Supongo que todos hemos visto arder un motor, o al menos salir quemado, pero no --insisto-- por razones eléctricas, sino mecánicas. El motor, para quemarse o bien se ha calentado en exceso (y sin protección) o bien le ha entrado una piedra y lo ha gripado. O bien, se ha gastado y fin de la historia. Pero la electricidad, no puede quemar un motor. 

Como contaré más adelante, lo que se paga cuando se elije un motor de mucha calidad, es la eficiencia, es decir, la parte de energía eléctrica que se transforma en mecánica (hacer correr el coche) frente a la que no, principalmente calor, aunque también algo de sonido (e incluso chispas a veces...).
Como parece evidente, tras lo comentado arriba, lo que se quema por motivos eléctricos es siempre el variador. Si el motor solicita constantemente 120A, y nuestro variador es de 100A, da igual los ventiladores que le pongamos, al final acabará saliendo humo de él y no habrá más remedio.
Además, --y esto es relevante también-- cuando un variador se quema, no acostumbra a tener solución. Lo he intentado un buen rato, cambiando condensadores, repasando conexiones. Se lo he llevado a mi buen amigo Jesús (que sabe muchísmo más de electrónica práctica que yo)...y nada. Suele ser una batalla perdida.

10. ¿Qué tengo que mirar en un motor? ¿Y en un variador?
Cosas diferentes sin duda. Yo en un motor, además de que esté mínimamente bien hecho (que tenga rodamientos y que tenga un ventilador interno (internal duct)), miro que esté bien documentado por el fabricante. Existen fabricantes que proveen poco más que la corriente media teórica que circula por su interior, mientras que otros se esfuerzan por ofrecer corriente media, máxima, y potencia ofrecida, lo que nos permite calcular si nos sirve o no el ESC que tengamos. A mi, por lo menos, la buena documentación en un motor eléctrico, me sirve para saber que el fabricante se esfuerza por no ocultar cosas que el comprador quiere saber, o al menos algunos compradores.

 
Yo, para uso "recreacional" (no estrictamente competición), escapo de motores que ponen "artesanos", "modified", etc, etc...que, a mi juicio no son más que formas de ocultar una subida de precio. Si quiero más potencia, compro un motor más potente. Otra cosa muy diferente es el mundo de la competición, donde se tiene que correr con -casi- el mismo material.

¿Y para el ESC? Pues en este caso, intento siempre que sea lo más "grande" posible. Que soporte el mayor número de amperios posible, porque así podrá sobrevivir a cambios de motor, en caso de que se produzcan. Claro que son más caros, y existe siempre la posibilidad de que un día de calor, el ESC salga ardiendo...

Por regla general, un ESC "holgado", digamos de 120A, para manejar un motor de 60A de promedio, es una muy buena decisión, porque mi experiencia ha sido siempre positiva en temperaturas y rendimiento.

11. Motores con sensores
Si habéis hecho caso de alguien que os ha aconsejado bien y habéis ido de menos a más en el RC, arrancando despacito, despacito, veréis que los motores brushless, cuando van despacito, dan unos bonitos tirones, unos más que otros, pero todos un poco. Es lo que se llama "coughing", o toser. 

El fenómeno, que se pasa solito en cuanto se acelera un poco más, se produce porque a bajas vueltas, dada la amplitud de la onda del PWM (ver más arriba) y la posición del estátor respecto al rotor, puede darse que un pulso intente mover el motor en una dirección y el siguiente en la contraria, dando como resultado, el consabido tirón. En cuanto el motor empieza a rodar un poco más, ya no es posible esto, debido a la inercia que pilla ya el rotor. 

Para solucionar esto, se han creado sofisticaciones como los motores con sensores, que básicamente es un cable de 8 polos, que comunica el motor (especial) con el variador (especial) a través de un bus. Por este cable, circula información de la posición del rotor, y el ESC aplica pulso o no en función de necesidades, aportando una suavidad en la aceleración importante, sobre todo en escalas pequeñas (1/12, 1/16), y coches 1/10 2WD. 

Para los 1/8, y motores cañeros de 1/10, no es necesario, porque la inercia de esos polos, no da lugar a dudas.

12. Motores de 4 polos
Es otra de las últimas modas (heredadas, ¡cómo no! de la competición), que se puede poner, no sé si en duda, pero si, al menos en tela de juicio.

El funcionamiento, es bien sencillo, se trata de duplicar el número de polos del motor, para aumentar -hablando de forma genérica- el rendimiento. Obviamente, dado el espacio limitado que ocupa un motor, duplicar polos, no es duplicar potencia. Es al parecido a lo que ocurre con los cilindros de un coches, se pueden obtener beneficios, pero no son proporcionales.

Un 3.0 4 cilindros puede ofrecer 250 CV, pero un 3.0 de 8 cilindros, similar, puede ofrecer 300CV, quizá. El consumo, tampoco será igual.

Aquí, se hace un buen análisis de la necesidad o no de los 4 polos que tan de moda se ponen. En mi opinión, lo que sí tienen y esto es innegable es mucho más par inicial (y por tanto, algo más de potencia y consumo), por tanto, no es igual un buggy 2WD de carreras, de 1600g, que un short truck 4WD de 3800g; No, no lo es. En el segundo caso, sí tiene más sentido un motor con una patada inicial importante.

Pero también están los motores grandes, los 550, de los que hablaremos en el capítulo siguiente...

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