A alternativa aos motores de combustão interna são os motores elétricos. Ao invés de possuir um tanque de combustível, um helicóptero elétrico possui um baterias.
A tecnologia para modelos rádio-controlados elétricos se desenvolveu bastante nos últimos anos e continua a avançar.
Da mesma maneira que os modelos glow os modelos elétricos tem autonomia de vôo de 5 a 15 minutos. Lembrando que dependendo de diversos fatores como características do modelo, tamanho , peso, capacidade do pack de baterias, etc.
Vamos a alguns conceitos preliminares:
A potência do motor elétrico vem das cargas em movimento.
Carga é uma propriedade das partículas, como os elétrons.
Elétrons são partículas atômicas que podem se mover facilmente através de alguns materiais como metais .
Voltagem (V) é uma medida de pressão elétrica, é a “força” responsável pela movimentação de elétrons.
Corrente Elétrica: Passagem dos elétrons através de um condutor, do pólo positivo para o negativo. Corrente contínua (CC) é aquela em que os elétrons seguem continua e invariavelmente do pólo positivo para o negativo, como nas baterias que usamos nos helicópteros. Corrente alternada (CA) é o fluxo de elétrons ora num sentido ora noutro, sendo essa inversão de forma cíclica, em períodos de tempo constantes. Ciclo é a série de valores que a corente adquire durante um período. No Brasil, a frequência legal é de 60 ciclos por segundo, ou seja, 60 Hertz. Em outros países, pode ser de 50 Hertz, daí porque certos equipamentos (relógios elétricos, por exemplo) comprados no exterior podem apresentar funcionamento anormal quando usados no Brasil. É medido em Amperes.
Ampère – Unidade de medida de corrente elétrica que corresponde à corrente que separa em um segundo 1,118 mg de prata de uma solução de nitrato de prata, ou seja, é a unidade prática de medida elétrica correspondente à intensidade de uma corrente elétrica que, com a força eletromotriz de 1 volt, percorre um circuito com a resistência de 1 Ohm.
Enquanto a potência de um motor glow é medida em HP , a de um motor elétrico é medido em Watts (W).
- 1 hp é aproximadamente 746W
- a potência do motor elétrico aumenta a medida que a voltagem ou corrente (ou ambas) aumentam.
CÉLULAS E BATERIAS
Baterias são um pacote com várias células de armazenamento. O termo bateria e constantemente usado de forma errada para se referir ao que na verdade é uma célula. Por exemplo, uma pilha AA de 1.5V para uma lanterna é na verdade uma única célula.
Uma célula pode armazenar carga e fornecê-la em determinada voltagem (ou pressão elétrica).
Cada célula possui um limite máximo de corrente (ou quantidade de carga em um determinado período de tempo) que pode fornecer.
As celulas podem ser diferenciadas por uma característica chave: Sua química.
- Baseadas em Níquel
- Baseadas em Lítio
Os quatro típos de células mais usadas em modelismo são:
- NiCd : Níquel Cádmio
- NiMH: Níquel Metal Hidreto
- LiPo: Polímero de Lítium
- LiIo: Lítium Ion
LIGAÇÕES EM SÉRIES OU PARALELA
Todas as células, podem ser combinadas em uma bateria em ligação paralela ou em série.
Com as células em série a voltagem é aumentada.
- 1 célula : 1V, 1A (máx.)
- bateria : 2V, 1A (máx.)
Com as células em paralelo, a corrente é aumentada.
- 1 célula : 1V, 1A (máx.)
- bateria : 1V, 2A (máx) ou 1A pelo dobro do tempo
Ligações em série e paralelas podem ser combinadas em baterias mais complexas.
CÉLULAS de NÍQUEL(Ni) e LÍTIUM (Li)
Você poderá encontrar classificação de helicópteros e baterias pela contagem de células.
Células baseadas em níquel como as de NiCd e NiMH possuem voltagem nominal de 1.2V. Sendo assim uma batería de 10 células funciona em 12V. Não é tão comum no Brasil mas em alguns países se falaria um “Helicóptero de 10 células”
Células baseadas em Lítium como a LiPo (Polímero de Litium) possue uma voltagem nominal de 3.7V.
Uma única célular de LiPo equivale a 3 células de NiMH ou NiCd em série. (3 x 1.2 V = 3.6V )
Os packs de LiPo possuem ainda uma designação no formato xSyP onde:
- x = contagem de células em série
- y – contagem de células em paralelo
- Uma bateria 4S2P por exemplo significa que existem 4 células em série e 2 grupos de quatro células em paralelo para um total de 8 células
NiCd VERSUS NiMH
Baterias de Níquel Cádmium ou Níquel Metal Hidreto são parecidas mas possuem algumas diferenças.
Em relação às baterias NiCd, as baterias de NiMH possuem:
- maior capacidade (podem armazenas maior energia)
- maiores taxas próprias de descarga (descarregam mais rápidas quando não estão em uso e guardadas)
- maior resistência interna (menos adequadas para aplicações que necessitam de maior corrente)
- são mais facilmente danificadas por uma eventual sobrecarga acidental e aquecimento)
As células de NiCd são muito usadas nas baterias dos sistemas de Rádio Controle
As células de NiMH foram muito usadas em helicópteros elétricos mas foram ultrapassadas pelas células de LiPo.
RESUMO COMPARATIVO
|
NiCd e NiMH |
LiPo |
| - fornece 1.2V por célula | - fornece 3.7V por célula |
| - células em formato cilíndrico | - células em formato plano |
| - são recarregáveis | - são recarregáveis |
| - mais baratas | - mais caras |
| - são mais duráveis, menos propensas a se danificar em uma queda | - são menos duráveis e mais propensas a se danificar em uma queda |
| - tendem a serem mais pesadas | - tendem a ser mais leves |
| - fornece menos capacidade - baixa corrente máxima - curto tempo de utilização |
- fornece maior capacidade - alta corrente máxima - maior tempo de utilização |
| - Podem ser carregadas usando simples carregadores | - necessitam carregadores especiais |
| - Precisam ser utilizadas com cuidado pois podem se incendiar | |
 |
 |
CAPACIDADE DAS BATERIAS
Todas as baterias vem marcadas as informações referentes a capacidade, número de células e voltagem.
A capacidade geralmente é especificada em miliamperes-hora (mAh).
Por exemplo, uma célula de 1000 mAh pode fornecer uma corrente de 1000 mA ou 1A por 1 hora.
Esta corrente “por hora” é tipicamente abreviada como o fator “C” da célula ou bateria.
Exemplificando, se uma célula de 1000 mAh é descarregada a uma corrente de C/10 (100 mA) ela irá durar por aproximadamente 10 horas.
Lembre que a corrente aumenta em células ligadas em paralelo!
Exemplo:
- Duas células de 1000 mAh em paralelo proporcionam 2000 mAh de capacidade
- Três células de 500 mAh em paralelo proporcionam 1500 mAh de capacidade
DESCARGA DAS BATERIAS
As baterias possuem taxas máximas de descarga que são específicadas em múltiplos do C. Tentar forçar a descarga em uma taxa acima da capacidade da bateria irá resultar numa performance mais fraca da bateria além de correr risco de danificá-la, principalmente nas baterias de Lithium.
Por exemplo, uma bateria de 640 mAh e 15C de descarga máxima, a corrente máxima de descarga é: 
15 x 640 mA = 9600 mA = 9.6 A
Baterias para alimentar o motor elétrico de um helicóptero devem ter pelo menos 5C a 8C de taxa de descarga, quando maior esta taxa melhor (atualmente requerido para vôos mais agressivos)
MOTORES ELÉTRICOS
Os motores elétricos podem ser de 2 tipos , brushed ou brushless e referen-se a construção interna do motor. O detalhamento desta construção não vem ao caso neste momento.
Vamos focar nas diferenças de cada tipo:
| Motores Brushed | Motores Brushless |
| Possuem 2 fios para conexão | Possuem 3 fios para conexão |
| Possuem escovas (brushes) que se desgastam eventualmente causam falhas no motor | Não possuem escovas, portanto não possui problema de desgaste oferecendo maior vida útil do motor |
| Funcionam com controladores eletrônicos simples ou mesmo sem eles | Requerem controladores eletrônicos avançados |
| São menos eficientes em termos de força | São mais eficientes em termos de força |
| São mais baratos | São mais caros |
| Podem ser encontrados em pequenos helicópteros elétricos | São os motores utilizados na maioria dos helicópteros elétricos. |
Motores Brushed:
Motores Brushless:
ESPECIFICAÇÕES DOS MOTORES ELÉTRICOS
Os motores elétricos possuem diversas características técnicas como:
- kV : velocidade constante do motor especificada em rotações por minuto por volt (RPM/V)
- Io: a corrente que o motor consome quando esta funcionando
- R: a resistência elétrica dos rolamentos internos do motor
- m: massa do motor. Peso.
Destas características acima, a mais importante e que você irá encontrar com frequência é o kV. Este valor permitirá calcular a rotação máxima do motor.
Exemplo:
- uma bateria de 12 células NiMH = 12 x 1.2V = 14.8V
- um motor kV = 1.500 RPM/V
- a velocidade máxima do motor será: 14.8V x 1500 RPM/V = 22.200 RPM
Neste exemplo a velocidade do motor é 22.200 RPM. Porém dependendo do tamanho do helicóptero e estilo de vôo a velocidade do ROTOR tende a estar entre 1400 a 3000 RPM. Mais frequentemente algo entre 1400 e 2600 RPM.
Ou seja, a velocidade do motor é muito maior que a velocidade do rotor.
As diversas engrenagens (gears) reduzem a velocidade do motor para a velocidade do rotor. A pequena engrenagem instalada no próprio motor é chamada de “pinion gear” e fica encostada na engrenagem principal (main gear) fazendo com que ela gira e assim gire o eixo principal do rotor (main rotor shaft)
A maioria dos helicópteros elétricos possuem apenas um estágio de engrenagem ou seja, pinion gear conectado a main gear. Existem alguns modelos que possuem um sistema com o pinion gear conectado a uma engrenagem intermediária e esta conectada a main gear.
A engrenagem principal (main gear) possue uma quantidade de “dentes” fixos. Porém o pinion gear pode ser trocado para modelos de pinion com mais ou menos dentes. Cada modelo de helicóptero elétrico possue geralmente 3, 5 ou mais opções de pinion gear e a escolha correta varia de acordo com a bateria sendo usada, os kV do motor e a velocidade desejada do rotor.
Escolher boa combinação de motor/pinion/bateria pode ser difícil devido as várias possibilidades de combinações existentes. As combinações são muito maiores que a de motores glow disponíveis, tornando assim essa característica do helicóptero elétrico um pouco mais complicada.
Esta grande varidedade de componentes elétricos e suas características possibilitam maior flexibilidade e muitas opçòes de otimização dos helicópteros para estilos de vôo diferentes ou para uma verba determinada para aquisição do modelo.
A boa notícia é que as fábricas geralmente recomendam os tipos de bateria, motor e pinion gear e suas combinações para cada modelo.
Abaixo seguem alguns exemplos retirados de manuais
SPEED CONTROLERS
Operar um motor elétrico em um modelo rádio controlado requer um ESC , sigla para Eletronic Speed Control ou Controle Eletrônico de Velocidade.
O ESC é um pequeno dispositivo eletrônico que interpreta os sinais do receptor do rádio e controla o motor para que funcione na velocidade desejada pelo piloto.
Motores brushed e brushless requerem tipos diferentes de ESC sendo o ESC para motores brushless mais sofisticado .
Os ESCs possuem uma taxa máxima de corrente similar as taxas de descarga máxima das baterias.
Exemplificando, um ESC para um micro-helicóptero pode ser na faixa de 10A de corrente contínua, já um ESC para um helicóptero de médio tamanho na faixa de 45A de corrente contínua.
A corrente máxima sustentada é diferente da corrente de pico máximo:
- momentaneamente picos podem exceder a corrente máxima sustentada
- Alguns modelos de ESC especificam os dois valores separadamente
- Se somente um valor for especificado ele é tipicamente a corrente máxima sustentada.
Helicópteros tendem a apresentar um ambiente de alto stress para ESCs, portando escolha sempre um ESC que forneça uma margem a mais de corrente . Se a expectativa de corrente máxima sustentada é de 25A, um ESC de 35A poderá ser uma boa escolha.
Escs com dissipador de calor são uma boa opção para modelos maiores e aqueles configurados para vôos acrobáticos agressivos (3D)
O Esc de um helicóptero deve ter algumas características:
- Slow Start – Inicio lento para não danificar as engrenagens
- No Brake – Sem “freio” para permitir auto rotaçõe
- Modo Governador (muito bom mas não é obrigatório, falaremos de governadores mais a frente)
- Cut-off quando a voltagem da bateria estiver muito baixa (muito bom mas também não é obrigatório).
Agora que finalizamos a explicação sobre Propulsão elétrica. Vamos para o próximo artigo que trás um comparativo entre propulsão glow e elétrica.
www.bhhelimodelismo.com
contato@bhhelimodelismo.com
