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Vecchio 28 aprile 14, 13:05   #1 (permalink)  Top
CarloRoma63
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Volt, Watt, Ampere, Motori, ESC, Eliche, etc... come dimensionarli?

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
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