Bootstrap Framework 3.3.6

Estoy montando un vehiculo solar autonomo para participar en la Microtransat Challenger http://www.microtransat.org de 2017. Estoy bastante liado con los cálculos de la motorización y mientras más leo más me confundo. Mi idea es partir de una configuración más o menos testada como punto de partida e ir afinando despues. Acudo a este foro dado que me consta que hay auténticos doctores en esta disciplina.

Os resumo los datos básicos del modelo que se trata de un modelo a escala 1:100 de un buque portacontenedores real de 1000 Teus

Eslora 1523 mm
Manga 253 mm
Puntal 118 mm
Desplazamiento a escala de diseño maxima carga 12 kg
Hélice 1

Dispongo del resto ee parametros de diseño del casco por si alguno los quiere conocer.

Potencia disponible en placas solares 30W. Las mismas cubren la totalidad de la cubierta corrida de proa a popa en un sólo nivel.

Como podéis ver la energía disponible en las placas solares es muy limitada si bien la velocidad no es un problema ya que basta con que el modelo tenga gobierno aunque a muy baja velocidad.

Al margen de lo que las diferentes formulaciones empíricas que hay para calcular la motorización, me gustaría conocer con un diseño de desplazamiento similar y las restricciones de energía disponible que configuraciones se os ocurren para resolver el problema si es que tiene soluciôn en base a vuestra experiencia.

Os adjunto algunas fotos del estado en que se encuentra la mitad del casco realizado en poliestireno extruido que espero enfibrar con fibra y epoxy en los proximos días.


¿Que configuracion de partida veis posible para empezar a probar?

Motor con o sin escobillas (lo ideal seria sin escobillas dado que el vehiculo permanecerá solo en el mar durante meses)
Potencia
Revoluciones motor
Regulador de velocidad
Acoplamiento directo o con reductora
Tipo de Hélice
Etc

El objetivo maximizar el tiempo de autonomia del vehículo teniendo en cuenta la potencia que proporcionan las placas solares, en total unos 30W. La electronica lleva una placa independiente.

Gracias de antemano

Hola:
Necesitaría más datos. 30W pero ¿que voltaje te da la placa solar? Teniendo en cuenta que todos los motores tienen pérdida, que el eje se va a comer lo suyo y que el mayor rendimiento no lo da al 100% yo probaría con un motor de 22 a 26 W. Más que nada para que no te quedes por abajo porque la placa tampoco irá al 100% todo el rato.
Indudablemente brushless, en las escobillas se pierde cantidad de energía por el rozamiento y el calor.
Luego... es tirar de catalogo, catalogo y catalogo... Desgraciadamente no conozco datos publicados de motor/vueltas/helice de barcos como si lo hay de hélices de avión.

La placa da unos 18v pero son para recargar la batería de manera que al motor le llegan de forma constante el voltaje de un conjunto se baterías de plomo que dan entre 13 a 12 V en función del estado de la carga. Lógicamente pretendo que este permanentemente funcionando o al menos durante el día.

Respecto al motor tengo claro que la mejor opción es brussless pero para serte sincero me pierdo a la hora de dimensionar el conjunto. La potencia que tengo disponible es muy pequeña y.

Gracias por responder y sigo atento a tus observaciones..

Vale. Como tenemos 12v y la máxima potencia es de 30W, tendremos que la máxima intensidad que puede proporcionar es de 2,5A. Ya nos vamos acercando al grupo de motores que podemos poner

Soy todo oidos

Nos vamos a esta página:
https://www.emaxmodel.com/emax-multicop ... v2480.html

Creo que es el motor más pequeño que fabrican, para drones principalmente.

Miramos en la tabla y vemos que hay comparativa con hélices pero son de avión.
Así que nos quedamos con el resto. Están consumiendo de 6.4 a 7.1 amperios con una potencia entre 71 y 78.8 W. Suponiendo que "traguen" lo mismo a 12v nos metemos en una potencia de 85.2W

Si la placa solar da solo 2.5 amperios 30w ... Está claro que las placas no dan suficiente corriente para mover el motor más pequeño. Iria como mucho mucho a un tercio de sus capacidades.

Las kv son las vueltas que da el eje por cada voltio. Entiendo que en vacío. En la tabla puedes ver que van más lentas puesto que tienen las hélices. Algo similar pasaría con una hélice de barco, no llegaría a dar las (12x2480 = 29760 rpm). Esto es interesante porque si ponemos una hélice muy grande a altas revoluciones quemamos el motor y si ponemos la hélice muy pequeña pero a gran velocidad, la hélice cavita y se rompe.
Para que vaya a menos vueltas pondremos menos voltaje o bien un motor con más diametro.

Si pones un acumulador, que pueda entregar tal intensidad de corriente (cosa que es fácil pues es muy poco lo que consume el motor) cada tres horas de carga tendrías solo una de navegación.

Todo esto sin tener en cuenta que la hélice se mueve en el agua y que el rozamiento del barco y otras fuerzas son mayores que el aire.

Me gustaría que todos aportemos más ideas y cáculos y estimaciones. Y si algo no lo he explicado bien, se aceptan colaboraciones.

Muchas gracias por la aportacion. Revisare la pagina que indicas. Aprovecho para animar a los miembros que tienen modelos a escala lentos que configuracion de motor tienen y que autonomia les proporciona.

Hola de nuevo. Voy a hacer una aproximacion diferente (es la que use en la fase inicial del diseño) y me decis vuestra opinion....

El modelo a escala he calculado que necesita como máximo un empuje de 0,5kg para moverlo a 2 m/s. Esto equivale a...

0,5 kg empuje es aprox 5 Newton
Potencia=Fuerza*Velocidad= 5×2=10W

Es decir que necesito en el eje un motor que me proporcione unos 10w.

En placa solares puefo conseguir como decia unos 30w luego al margen de las perdidas del sistema, un motor que me proporcione 10-20W deberia ser suficiente a falta de determinar el regimen de revoluciones optimo para la helice que es ya otra historia....

He encontrado este motor que a priori cumple con la potencia al eje calculada y esta dentro de la potencia que pueden dar las placas solares.



Product Name
11000rpm 20W 12V DC 1.85A 0.017mN.m 28mm * 45mm Hall Fan brushless motor Brushless DC Motor
Specifics
Efficiency 75%
Continuous Current(A) 1.85A
Usage Fan,Home Appliance,Other
Output Power 20W
Protect Feature Explosion-proof
Type Micro Motor
Certification CCC,CE,ROHS
Torque 17.4mN.m
Speed(RPM) 8545 rpm
Commutation Brushless
Voltage(V) 12VDC
Model Number WS2845-12-110-8
Construction Other
Motor Housing Aluminum
Bearing NMB Ball bearing
Wires 8 wires
Sensor type Hall sensor
Diameter of Motor 28mm
Length of Motor 45mm
Class of insulation Class B
No-load speed 11000rpm
Net weight 92g

Si el motor fuera ok, faltaria encontrar ahora una helice del mayor diametro posible (60mm por el espacio disponible en el diseño del casco) capaz de transformar esa potencia en el eje a energia mecanica a un determinado regimen de vueltas que es la incognita. Luego habria que adaptar las revoluciones nominales del motor con carga 8545 a las revoluciones de la helice con la consiguiente reductora.

Que opinais? Encontrais algun error en este planteamiento?

Debe de estar algo mal, pues yo veo otros motores semejantes y no se parece nada a lo que veo en la foto.
Echa un vistazo a :
https://www.offshoreelectrics.com/prodd ... d=leo-2845
de 30A y 800W no baja.

Sobre la hélice, tu mismo. Si, ponerle reductora es lo suyo, pero desconozco totalmente el tema de reductoras. El resto ya lo sabes tu.

Salvo que las especificaciones del motor no sean correctas no veo el error. Creo que ls diferencia esta en la potencia que entrega un motor y otro. El tema de la reductora solo lo veo en el caso que haya mucha diferencia entre el regimen optimo de la helice y el del motor.

Uff esto es un lio. Por si te sirve recuerda que solo necesito una velocidad constante de2 nudos

raspiboat escribió:Salvo que las especificaciones del motor no sean correctas no veo el error.

Con los datos que dan los fabricantes hoy dia... nunca sabes nada

raspiboat escribió: Creo que ls diferencia esta en la potencia que entrega un motor y otro. El tema de la reductora solo lo veo en el caso que haya mucha diferencia entre el regimen optimo de la helice y el del motor.

¿Y cual es el régimen de la hélice? Me refiero, puedo encontrar muchisimos motores que entreguen la potencia que ando buscando, pero cada uno tiene unas revoluciones distintas.
En la vida real es más sencillo, se busca el motor a la potencia adecuada o el mayor al cual esté limitada la potencia por ley. Más o menos todos los fabricantes tienen motores del mismo tamaño y rpm y si no da igual porque suelen pedirte una marca y un modelo. Luego se calcula una hélice a medida del barco y se hace exprofeso. Claro que si no me cabe en el vano del codaste pues le pongo en vez de tres palas 4. He llegado a ver en pesqueros 5. Más ya no.

raspiboat escribió:Uff esto es un lio. Por si te sirve recuerda que solo necesito una velocidad constante de2 nudos

No, no lo sabia. Pero vamos... me imaginaba algo parecido. Por eso cogí del catálogo el motor más pequeño. Y ese es mi consejo. El más pequeño. Que luego a luego, si va a ir todo/nada le pones un brushed y un fin de carrera y te ahorras el variador.
Mira este M500: http://www.mtroniks.net/prod/Motors-For ... s/M500.htm
para 12v pero como bien dice se te puede ir a 15A pero es que te pillas el M400 y se te va a 12A.
Será que como yo hago los calculos a mi manera me dan siempre cosas parecidas.

Itubal nuevamente te agradezco tu interés en todo esto. Tengo una novedad importante que creo nos puede dar un margen en enegrita disponible. He revisado el diseño y creo que podre albergar 5 placas solares en lugar de las 3 iniciales. Esto me proporciona 4×18=72 W (el resto es para la electronica). Con esta energía podemos buscar un nuevo brushless?


Por otro lado voy a montar un pequeño experimento para afinar al máximo con el motor ya que no me sobra energía. Lo detallo en plan telegrama ya que estoy escribiendo desde el móvil...
1. Con el modelo terminado en fibra y lleno de lastre hasta ponerlo en su calado de diseño, con la ayuda de un dinamometro digital realizó una prueba de arrastre a la velocidad de operación 1 m/s y determinó el empuje real que necesitaré

2. Monto la hélice máxima que admite el diseño de 60 mmm y 4 palas sobre un taladro Drwmmel con la bocina correspondiente y su variador de velocidad

3. El Dremmel a su vez colgará de un dinamo metro que medirá el peso del conjunto en reposo

4. La hélice y su bocina se sumergen en un circuito semicerrado de agua salada fabricado con tubo de pvc asemejándose a una tobera cerrada.

5. Se pone en marcha el Dremmel a diferentes velocidades y se obtiene el empuje neto en el dinamo metro

6. Para la lectura del empuje buscado obtenido en el punto 1 anotamos las rpm

7. Ya tenemos las vueltas a las que tiene que ir la hélice para lograr el empuje deseado

8 solo falta encontrar el motor brushless más pequeño (menos potente) que proporcione esas vueltas en carga. En el caso que no exista se busca el más aproximado ligeramente por encima de vueltas o una reductora adecuada.

Prepararé el experimento en cuanto tenga el casco terminado y compartiré por aquí fotos y resultados.

Todo esto es más que nada porque el fabricante no da las rpm optimas para la hélice. En cuyo caso tendríamos el asunto bastante encaminado.
Voy a ver si aún tengo algunos apuntes sobre hélices o se los pido a un colega. Aunque las escalas son muy distintas (hay una asignatura solo de modelos a escala) y no creo que ciertas estimaciones y cálculos funcionen con hélices de RC, al menos sacamos algunos parametros que se podrían utilizar.

Sobre lo del esquema... bueno es solo un esquema, luego se complica. Pero bueno, para esos somos "makers" para hacer cosas y solucionarlos problemas. Yo había pensado en hacer algo parecido para sacar características de las hélices, mi principal problema es el dinamómetro. Ya pondré algo, a ver si este finde tengo un momento de concentración.

Ah! y gracias, de nada... jejeje a mi me interesa el tema tanto como a ti y yo también aprendo de lo que dices. Colaboración mutua. Agradecimiento mutuo.

Un placer compartir y colaborar.

Aunque luego editaré de nuevo este post me apetece mucho compartir los resultados obtenidos en la primera prueba.

Primero el "invento"

Circuito cerrado de agua dulce en este caso
Motor eléctrico de velocidad regulable
Dinamómetro para medir el empuje
Tacómetro para medir las rpm conectado a una raspberry pi

Y los resultados obtenidos para la hélice de plástico, 4 palas y55 mm de aliexpress...

Esto me da una idea bastante precisa del empuje obtenido en función del número de vueltas.

Ahora queda finalizar el modelo en fibra, hacer la prueba de tracción con el modelo en su calado de diseño y obtener el empuje necesario para obtener una velocidad de 1 m/s.

Casi nada

Creo que ya he encontrado la motorización que necesito para el proyecto.

ROXXY BL OUTRUNNER C 35-30-45 300 KV


Application:
Modèles réduits de gros bateaux
Remplace le motoréducteur Mini-Navy Kompakt

Exemple d'utilisation:
Tension 12v - Hélice 60 mm tripale - conso 2.8A poussée: 750 g

Caractéristiques techniques:

Régime (Kv): 300 Tr/mn/V
Tension: 10...25 Volt
Courant sous charge (5 min/120°c): 7 A
Couran mx (60s): 10A
Puissance : 140W
Puissance maxi (60 sec.) : 240W
Diamètre du corps: Ø35 mm
Longueur: 31 mm
Diamètre de l´arbre: Ø4 mm
Poids total avec cordon/adaptateur: 78 g

Me permite trabajar en el rango de rpm que necesitare aprox. 1500 sin reductora.

De momento a seguir con el casco.

Que opináis????

Pon la página de los motores. Así le echamos un vistazo a todos los modelo que hay.
He encontrado esto
https://www.multiplex-rc.de/Downloads/M ... -en-fr.pdf

El motor tiene una pintaca buena y en principio no hay que desconfiar de los datos del fabricante.

Hola, el problema que te planteas es muy interesante, si te pueden servir algunas ideas 'laterales'

¿ el aparato es de funcionamiento autonomo ? programado con puntos GPS para ir de un punto a otro
¿ solo puede tener el sistema electrico/solar como propulsion ? dependiendo de viento/forma de carena/disposicion de las placas solares ¿ flexibles o rigidas ? podrias usar esto a tu favor , claro que tendria una programacion mas complicadilla que solo seguir una ruta preestablecida

¿ la superficie de placas te la esta limitando la forma de la estructura ? ¿ un solo casco o podrias plantear un catamaran ?, tendrias mas superficie horizontal para disponer placas, igual hasta menor resistencia de avance

pensando en modelo de catamaran, si no esta limitada la forma de la carena ( desplazamiento para dar posibilidad de carga ) una forma muy estable ( por la poca influencia de las olas en la obra muerta, seria un modelo de tipo dos 'torpedos' con la minima estructura para sujetarlos a la obra muerta y compensados de flotabilidad para que estuvieran siempre bajo linea de flotacion

¿ hidrofoil ? aunque suupongo que por la potencia/velocidad que te planteas no serian de mucha ayuda

ya en el tema de motor, el que habeis puesto parece un modelo bueno, ten en cuenta que si el funcionamiento es de continuo , seria deseable tener un sistema de refrigeracion aunque sea minimo, en los tipo outrunner, la dos unicas posibilidades serian o un conjunto de alabes ( como montan los motores de helicoptero ) para forzar un flujo de aire a traves suyo y que la propia superficie interior del casco sirviera de disipacion ( la radiacion solar sobre las celulas solares tambien te generara un monton de calor en cubierta ) o hacer una cuaderna de montaje del motor en aluminio con un serpentin interno para paso de agua , forzando la entrada/salida en la zona de barrido de la helice.

no se si te habra servido de algo , pero me encantan estos desafios de diseño

saludos

itubal escribió:Pon la página de los motores. Así le echamos un vistazo a todos los modelo que hay.
He encontrado esto
https://www.multiplex-rc.de/Downloads/M ... -en-fr.pdf

El motor tiene una pintaca buena y en principio no hay que desconfiar de los datos del fabricante.

El motor lo puedes encontrar en España en
http://www.aeromodelismoserpa.es/robbe/ ... 300kv.html

Si te das cuenta, hay que ir a páginas extranjeras para obtener información básica. En este caso el consumo.

Por supuesto que me sirve. Trataré de responer a todo sobre tu post.

sukoi escribió:Hola, el problema que te planteas es muy interesante, si te pueden servir algunas ideas 'laterales'

¿ el aparato es de funcionamiento autonomo ? Si programado con puntos GPS para ir de un punto a otro Si
¿ solo puede tener el sistema electrico/solar como propulsion ? Puedes usar cualquier tipo de propulsion. Yo me he decidido por participar en la modalidad solar aunque tambien barajé al principio por la modalidad de viento montando turbinas Savonius directamente conectadas al eje de la helice dependiendo de viento/forma de carena/disposicion de las placas solares ¿ flexibles o rigidas ? Las placas son semirigidas en un encapsulado de epoxi compradas en Aliexpress


podrias usar esto a tu favor , claro que tendria una programacion mas complicadilla que solo seguir una ruta preestablecida

¿ la superficie de placas te la esta limitando la forma de la estructura ? si, concretamente la superficie de la cubierta ¿ un solo casco o podrias plantear un catamaran ?, el catamaran no me cpnve ce por la escasa capacidad de adrizamiento en caso de vuelcotendrias mas superficie horizontal para disponer placas, igual hasta menor resistencia de avance

pensando en modelo de catamaran, si no esta limitada la forma de la carena ( desplazamiento para dar posibilidad de carga ) una forma muy estable ( por la poca influencia de las olas en la obra muerta, seria un modelo de tipo dos 'torpedos' con la minima estructura para sujetarlos a la obra muerta y compensados de flotabilidad para que estuvieran siempre bajo linea de flotacion

¿ hidrofoil ? aunque suupongo que por la potencia/velocidad que te planteas no serian de mucha ayuda Exacto, en el diseño prima la autonomia muy por encima de la velocidad

ya en el tema de motor, el que habeis puesto parece un modelo bueno, ten en cuenta que si el funcionamiento es de continuo , seria deseable tener un sistema de refrigeracion aunque sea minimo, en los tipo outrunner, la dos unicas posibilidades serian o un conjunto de alabes ( como montan los motores de helicoptero ) para forzar un flujo de aire a traves suyo y que la propia superficie interior del casco sirviera de disipacion ( la radiacion solar sobre las celulas solares tambien te generara un monton de calor en cubierta ) o hacer una cuaderna de montaje del motor en aluminio con un serpentin interno para paso de agua , forzando la entrada/salida en la zona de barrido de la helice.estoy pensando en un serpentin que tome agua de mar y rodee el motor. Aun no tengo claro el sistema

no se si te habra servido de algo , pero me encantan estos desafios de diseño

saludos

Me ayudan muchos tus comentarios y propuesta. Seguiré compartiendo por aqui los avances. El casco en poliestireno ya está casi terminado.

Hola, los motores outrunner no te permitiran ponerles un serpentin de refrigeracion, la carcasa exterior es el elemento que gira junto con el eje motor, mira este enlace como ejemplo de como refrigerar la placa de montaje ( hay versiones comerciales , pero no las encuentro.

https://www.rcgroups.com/forums/showthr ... nner-motor

siguiendo dandole al coco, tienes razon, un monocasco en caso de vuelco tiene mejores posibilidades de enderezar.

seguiremos el tema

saludos

Un motor que no va a consumir tan siquiera 10 amperios... lo mismo no hace falta refrigerarlo teniendo en cuenta que el casco tiene una eslora que podríamos decir que es grande (metro y medio). Lo que si creo que es buena idea es que sea inrunner. Es más cómodo para todo.

Gracias a todos por responer. Finalmente me he decidido por el motor outrunner de multiplex de mi ultimo post. En teoria reune las caracteristicas que estoy buscando. Cuando me llegue y haga las pruebas de consumo y empuje las compartiré.

Saludos

Mi queridos colegas, por fin he recibido el motor y pensé que no llegaría nunca. Por si os interesa el motor Roxxy c35-30-45 outrunner está agotado en casi cualquier página que busques. Lo pedí en España y después de un mes esperando tuve que anular el pedido y solicitarlo a una página en Belgica donde quedaba una unidad. En 4 días en casa.

Como ya sabéis si habéis leido el resto del hilo, necesitaba una motor con un alto par ya que se trata de un modelo de más de 1,5 metros en el que primara el bajo consumo por encima de la velocidad ya que se trata de un casco de desplazamiento.

Pues bien tengo el placer de compartir los resultados de consumo de esta joya trabajando a aproximadamente los mismos regímenes de vueltas que obtuve para calcular el empuje de la hélice.

Estos son los resultados:


Y este el invento para llevarlo a cabo:


Estos resultados me hacen ser muy optimista respecto a las posibilidades de este motor para mi diseño. 325gr de empuje de la hélice de 55 mm con un consumo de apenas 500 mA creo que está muy bien. No obstante el experimento se ha hecho en agua dulce y con la hélice sumergida en un recinto muy pequeño por lo que la cavitación y el régimen turbulento seguro que han tenido su efecto. De cualquier modo todo parece indicar que el motor se ajusta muy bien a lo que necesito.

Ahora falta instalarlo en el casco y comprobar si los empujes obtenidos en el banco de pruebas se cumplen con bastante aproximación con el prototipo navegando. Por cierto si algún experto se ofrece voluntario a resolverme algunas cuestiones sobre la instalación de eje y su correspondiente bocina le estaría muy agradecido.

Mi idea es una vez instalado probar el conjunto con diferentes hélices y quedarme con aquella que me proporcione más empuje, con menos consumo.

Os seguiré contando.

Sigo luchando con la resina y la fibra y poco a poco todo va tomando forma.

Aun le falta la última capa de resina y un buen lijado y pulido pero no he podido resistirme y hoy lo he echado al agua.
[youtube]http://www.youtube.com/watch?v=sAO8YUJGT2M[/youtube]