Volt, Watt, Ampere, Motori, ESC, Eliche, etc... come dimensionarli?

[CarloRoma63]

Scrivo questa breve guida dopo che sono stai postati una serie di messaggi quasi tutti uguali, in cui si chiede come dimensionare i vari componenti.
Questa guida vuole essere per i neofiti, gli esperti mi perdoneranno eventuali approssimazioni.

Partiamo dall'esigenza di far muovere uno scafo, sia esso un barchino da pesca , una riproduzione di un rimorchiatore o un piccolo scafo da corsa. Per far muovere uno scafo occorre applicargli una forza nella direzione opportuna: da dietro (poppa) verso avanti (prua). Questo compito viene svolto dall'elica. Senza entrare in dettagli tecnici, un'elica produce la spinta facendo muovere, nel senso inverso alla spinta da generare, una certa quantità di acqua ad una certa velocità. Quanta acqua viene spostata ed a quale velocità dipende da tre fattori: diametro dell'elica, il suo passo e la velocità a cui la facciamo girare. Il passo è normalmente fisso, normalmente varia tra 1 e 1,4 a seconda del tipo di elica, rimangono da definire gli altri due parametri: diametro e numero di giri. Per muovere uno scafo lento e pesante avremo bisogno di molta spinta a bassa velocità, quindi elica grande e pochi giri al minuto. Viceversa, per muovere uno scafetto leggero e veloce avremo un'elica più piccola ma un numero di giri molto elevato.
In entrambi i casi, l'elica fornisce allo scafo una spinta e richiede una certa potenza per essere mossa. Nel nostro mondo, la potenza si misura in WATT (W), nelle barche fullsize si misura in CavalliVapore (HP), dove un HP corrisponde a c.ca 730W.

Facendo un primo esempio pratico, diciamo che l'elica del nostro modello richiede 200W di potenza a 10.000 giri/minuto. Questa potenza viene erogata dalla batteria e convertita da energia elettrica ad energia meccanica dal motore, il quale richiede l'utilizzo di un regolatore particolare, l'ESC, che provvede sia a regolare la potenza fornita al motore che a trasformare la corrente continua della batteria in corrente alternata trifase necessaria al motore (solo per motori brushless).
Ricordiamoci sempre che lo scopo è di fornire 200W di potenza all'elica, quindi tutto il sistema dovrà essere dimensionato in base a questo parametro.
L'elica viene mossa dal motore, al quale è collegata attraverso l'albero di trasmissione. Questo organo meccanico introduce una leggera dispersione di potenza (sotto forma di attrito), che possiamo quantificare approssimativamente in un 10%. Quindi il motore dovrà erogare non 200W ma 220W. Il motore dovrà erogare questa potenza al numero di giri richiesto dall'elica, il che ci da già una indicazione di un parametro fondamentale nella scelta del motore: il KV, ovvero il numero di giri che fa il motore quando viene alimentato da una tensione di 1 Volt. Supponiamo quindi di voler alimentare il nostro motore con una batteria S2, quindi da 7,4V nominali. Il KV del motore dovrà essere 10000/7,4= circa 1350, che prudenzialmente abbasseremo a 1250-1300, in modo da poter compensare le perdite di tensione introdotte dal sistema di alimentazione.
Anche il motore introdurrà delle perdite di potenza, in parte dovute ad attriti meccanici ed in parte a "dispersioni" (passatemi il termine non proprio corretto) elettriche. Valutiamo queste perdite in un 20%, quindi i 220W erogati alla trasmissione richiedono 264W in elettricità. Dovendo alimentare il motore con un ESC, aggiungiamo un ulteriore 10% di perdite su quest'ultimo. I Watt richiesti alla batteria diventano quindi 290. Avendo definito che la tensione di alimentazione è di 7,4V, la corrente che la batteria dovrà erogare sarà 290W/7,4V=39,4A, che arrotonderemo a 40. E' importante notare che questa corrente arriverà al motore attraversando l'ESC, quindi tutti e tre gli elementi (compresi i cavi ed i relativi connettori) dovranno essere in grado di sopportarla. Come norma precauzionale, diciamo di darci un 20% di margine di sicurezza, quindi sia il motore che l'ESC che la batteria dovranno essere in grado di sopportare 50A.
Supponiamo adesso di volere una autonomia di 10 minuti alla massima potenza. Sempre usando il valore di corrente più prudenziale (50A), vediamo che ci occorre una batteria in grado di erogare (50A/60minuti)*10minuti=8300mAh (milliampere per ora). Dividendo i 50A richiesti per la capacità della batteria (8,3Ah) otteniamo il fattore C minimo, che in questo caso è circa 6. Visto che la maggior parte delle batterie eroga almeno 20C, questo parametro non è per noi un problema e qualsiasi batteria ci andrà bene.

Inutile dire che i vari fattori di correzione che ho usato sono approssimativi, dipendono molto dalla qualità dei componenti, dalla loro configurazione, dalla precisione del montaggio, etc etc. Il mio discorso è quindi sostanzialmente qualitativo.

Sperando di aver fatto cosa gradita ai neofiti, mi scuso ancora con i più esperti per le approssimazioni introdotte.

Carlo

[biscotto38]

Certamente...un neofita che si fa prima i calcoli, è un neofita 'MODELLO'...

[chicco65]

Ciao Carlo, grazie per la tua descrizione di come fare (approssimativamente visto che anche tu l'hai scritto).
Almeno adesso potrò al momento che farò un modello avrò un punto di riferimento da cui partire per farmi due calcoli su potenza motore, batterie e quant'altro senza nulla togliere a coloro che sono più esperti.
Tutto questo per farmi un' idea su che componentistica prendere senza rompere tanto o qui sul forum oppure rompere personalmente a coloro che mi abitano vicino anche se lo fanno volentieri.

[claudio v]

Originalmente inviato da CarloRoma63

Scrivo questa breve guida dopo che sono stai postati una serie di messaggi quasi tutti uguali, in cui si chiede come dimensionare i vari componenti.
Questa guida vuole essere per i neofiti, gli esperti mi perdoneranno eventuali approssimazioni.

Partiamo dall'esigenza di far muovere uno scafo, sia esso un barchino da pesca , una riproduzione di un rimorchiatore o un piccolo scafo da corsa. Per far muovere uno scafo occorre applicargli una forza nella direzione opportuna: da dietro (poppa) verso avanti (prua). Questo compito viene svolto dall'elica. ......

Leggendo quanto hai scritto, mi sembra che il conto "energetico" sia abbastanza corretto, pero`, facendomi la domanda da neofita dei motoscafi, tutti i vari conti energetici non e` che mi aiutino molto a scegliere l'accoppiata piu` corretta di motore +kv + elica in funzione dell'utilizzo specifico.

Secondo me tutta la trattazione andrebbe correlata di esempi pratici sul genere:

************************************************** ****
1) motoscafo "sport" per velocita` nell'ordine di x km/h del peso di kg....
---> motore (tipo/sigla) del peso di X grammi con KV... , assorbimento... x tensione ... (lipo X S)... con elica ... tipologia/capacita` batteria e NC consigliati ...

2) motoscafo "veloce" per velocita` nell'ordine di x km/h del peso di kg....
---> motore (tipo/sigla) del peso di X grammi con KV... , assorbimento... x tensione (lipo X S)... con elica ... tipologia/capacita` batteria e NC consigliati ...

3) rimorchiatore di lunghezza ... cm, del peso di Kg...
---> motore (tipo/sigla) del peso di X grammi con KV... , assorbimento... x tensione (lipo X S)... con elica ... tipologia/capacita` batteria e NC consigliati ...

4) semiriproduzione nave crociera di lunghezza ... cm, del peso di Kg ...
---> motore (tipo/sigla) del peso di X grammi con KV... , assorbimento... x tensione (lipo X S)... con elica ... tipologia/capacita` batteria e NC consigliati ...

5) semiriproduzione nave militare di lunghezza ... cm, del peso di Kg ...
---> motore (tipo/sigla) del peso di X grammi con KV... , assorbimento... x tensione ...(lipo X S) con elica ... tipologia/capacita` batteria e NC consigliati ...

6).....

************************************************** ****
per il motore ho indicato il peso e il KV perche` oltre che il tipo (brushed/brushless) o eventuale sigla perche` sono i parametri piu` indicativi per le potenze erogabili in funzione della tipologia di esercizio.


In questo modo penso che si potrebbero ricavare varie tipologie di accoppiamento e fare conti approssimativi per similitudini varie delle potenze utilizzate in base alle diverse tipogie di impiego

[CarloRoma63]

Originalmente inviato da claudio v

Leggendo quanto hai scritto, mi sembra che il conto "energetico" sia abbastanza corretto, pero`, facendomi la domanda da neofita dei motoscafi, tutti i vari conti energetici non e` che mi aiutino molto a scegliere l'accoppiata piu` corretta di motore +kv + elica in funzione dell'utilizzo specifico.

Secondo me tutta la trattazione andrebbe correlata di esempi pratici sul genere:

************************************************** ****
1) motoscafo "sport" per velocita` nell'ordine di x km/h del peso di kg....
---> motore (tipo/sigla) del peso di X grammi con KV... , assorbimento... x tensione ... (lipo X S)... con elica ... tipologia/capacita` batteria e NC consigliati ...

2) motoscafo "veloce" per velocita` nell'ordine di x km/h del peso di kg....
---> motore (tipo/sigla) del peso di X grammi con KV... , assorbimento... x tensione (lipo X S)... con elica ... tipologia/capacita` batteria e NC consigliati ...

3) rimorchiatore di lunghezza ... cm, del peso di Kg...
---> motore (tipo/sigla) del peso di X grammi con KV... , assorbimento... x tensione (lipo X S)... con elica ... tipologia/capacita` batteria e NC consigliati ...

4) semiriproduzione nave crociera di lunghezza ... cm, del peso di Kg ...
---> motore (tipo/sigla) del peso di X grammi con KV... , assorbimento... x tensione (lipo X S)... con elica ... tipologia/capacita` batteria e NC consigliati ...

5) semiriproduzione nave militare di lunghezza ... cm, del peso di Kg ...
---> motore (tipo/sigla) del peso di X grammi con KV... , assorbimento... x tensione ...(lipo X S) con elica ... tipologia/capacita` batteria e NC consigliati ...

6).....

************************************************** ****
per il motore ho indicato il peso e il KV perche` oltre che il tipo (brushed/brushless) o eventuale sigla perche` sono i parametri piu` indicativi per le potenze erogabili in funzione della tipologia di esercizio.


In questo modo penso che si potrebbero ricavare varie tipologie di accoppiamento e fare conti approssimativi per similitudini varie delle potenze utilizzate in base alle diverse tipogie di impiego

Ciao Claudio,
la tua osservazione è molto corretta. Peccato che la mia trattazione sia solo qualitativa e non quantitativa, deve essere una traccia da seguire e non una tabella da consultare.

Il motivo di questa limitazione è molto semplice: non ho l'esperienza per poter esplorare tutte le possibili combinazioni. Sarebbe bello se ognuno di noi, sempre secondo l'esperienza personale, riportasse i dati dei propri modelli. Si creerebbe quindi una sorta di banca dati delle configurazioni e dei risultati ottenuti.

Si potrebbero fornire le informazioni salienti dello scafo (tipo di scafo, dimensioni, peso), della trasmissione (tipo di elica, dimensioni, materiale, collocazione), della motorizzazione (tensione, corrente, KV) e delle prestazioni velocistiche ottenute.

Potrei iniziare io, anche se il mio "lumaca" non è certo un bell'esempio da portare a causa di un grosso errore di posizionamento dell'elica, che ne limita di molto sia le prestazioni che la stabilità di navigazione. In ogni caso, provo a dare il buon esempio:

modello "prowler", visibile nel link in firma.
monoscafo in legno a V aperta, completamente liscio, c.ca 800 gr. di peso, 62 cm di lunghezza per 22 di larghezza.
Motorizzato con un 2600kV alimentato a S3 (2200mAh) e mosso da un'elica immersa da 33mm in metallo a due pale. Assorbimenti sui 50-60A, velocità stimata 30-35km/h (quando non decolla )
Alimentato a S2 assorbe 30A da fermo e raggiunge i 25km/h

Carlo

[claudio v]

Originalmente inviato da CarloRoma63

...
modello "prowler", visibile nel link in firma.
monoscafo in legno a V aperta, completamente liscio, c.ca 800 gr. di peso, 62 cm di lunghezza per 22 di larghezza.
Motorizzato con un 2600kV alimentato a S3 (2200mAh) e mosso da un'elica immersa da 33mm in metallo a due pale. Assorbimenti sui 50-60A, velocità stimata 30-35km/h (quando non decolla )
Alimentato a S2 assorbe 30A da fermo e raggiunge i 25km/h

Carlo

Mi sembra gia` un inizio molto utile.
Se altri contribuissero, si potrebbe dare una vera piccola "banca dati" con esempi utili da seguire senza "impazzire" quando si comincia da zero.
Di quanto mi scrivi, a me piacerebbe sapere anche il peso del tuo motore 2600KV perche` la potenza fornibile e` funzione diretta anche del peso... un 2600 KV da 100 o da 200 grammi eroga potenze ben diverse e per tempi diversi

[CarloRoma63]

Originalmente inviato da claudio v

Mi sembra gia` un inizio molto utile.
Se altri contribuissero, si potrebbe dare una vera piccola "banca dati" con esempi utili da seguire senza "impazzire" quando si comincia da zero.
Di quanto mi scrivi, a me piacerebbe sapere anche il peso del tuo motore 2600KV perche` la potenza fornibile e` funzione diretta anche del peso... un 2600 KV da 100 o da 200 grammi eroga potenze ben diverse e per tempi diversi

Il motore è questo Turnigy 380L V-Spec Inrunner w/ Impeller 2600kv.

Nei video, il Lumaca era mosso da un motore meno potente, con soli 2000Kv ed un'elica da 40 in plastica e non raggiungeva i 20 km/h.

Carlo

[claudio v]

Originalmente inviato da CarloRoma63

Il motore è questo Turnigy 380L V-Spec Inrunner w/ Impeller 2600kv.
...
Carlo

quindi, riassumendo:
oltre 50 Ampere di consumo per un motore da 130 grammi ma con uan autonomia ridottissima
Con una batteria 3S da 2200mAh e oltre 50 A di consumo si e`a circa 25 C di scarica per una autonomia che sfiora i 2 minuti e mezzo andando a manetta e utilizzando oltre 500 watt su 800 grammi di modello...
In effetti andare a 35 km/h mi sembra un po' pochino con quel rapporto peso/potenza... ma ne sono anche niente di motoscafi... quindi magari i rendimenti sono quelli.

C'e` una idea/parametro per definire una propulsione efficiente in termini di rapporti peso-watt assorbiti-velocita` sviluppata?
Forse sarebbe anche utile saperlo per comprendere se il tuo motoscafo va piano non solo per problemi di assetto, ma anche per altri motivi.

Poi, dato il KV del motore e le 3 lipo, l'elica da 40 in plastica, se suppongo un consumo vicino a 50 A, dovrebbe fare circa 20000 rpm in utilizzo (ho usato un programma di simulazione per eliche di aeromodelli con quel motore e 10v di tensione presunta delle lipo e circa 50 A di consumo).
Supporrei anche che un motore del genere usato con quelle correnti sia meglio che non stia a manetta per piu` di un paio di minuti pena il rischio di arrostire facilmente... o sbaglio?

[biscotto38]

http://www.hydrorcmania.it

[claudio v]

Vorrei capire, prima di cancellarlo per regolamento, un post con un link a un negozio di vendita cosa centrerebbe in questa discussione.