Por Lauren Nagel
Muchos fabricantes de motores eléctricos prometen un rendimiento impresionante con eficiencias de hasta y por encima del 95 %.
Las cifras de la ficha técnica son impresionantes, pero ¿los valores reales están a la altura?
Llevamos a cabo un estudio utilizando datos de eficiencia de motores para intentar responder a la pregunta: ¿Cuál es la eficiencia media de un motor eléctrico?
No existen estándares en la industria para probar y presentar las cifras de rendimiento de los motores, por lo que es casi imposible comparar a los fabricantes durante el proceso de compra.
Por eso apoyamos firmemente la realización de pruebas propias de los motores, ya que permite determinar su rendimiento real y encontrar el mejor para su diseño.
En este artículo abordaremos:
- Cómo medimos la eficiencia media de los motores
- Limitaciones del estudio
- La eficiencia media de un motor eléctrico: lo que muestran los datos
Descubra cómo Inspired Flight identificó su motor más potente mediante pruebas rigurosas.
1. Cómo medimos la eficiencia media de los motores
Además de nuestro equipo de pruebas, ofrecemos una base de datos gratuita en línea con datos de rendimiento de motores.
Estos datos han sido recopilados y subidos por los usuarios de uno de nuestros bancos de pruebas para motores eléctricos.
Estos bancos de pruebas recopilan datos sobre empuje, par motor, RPM, corriente, voltaje, potencia eléctrica, potencia mecánica, eficiencia del motor y del ESC, eficiencia de la hélice y eficiencia global del sistema de propulsión.
Haga clic aquí para ver las fórmulas utilizadas para determinar estos valores.
En el momento en que escribimos este artículo, la base de datos contiene datos de eficiencia de motor y ESC de 48 motores únicos. Al crear la lista corta, nos aseguramos de contabilizar los duplicados y las pruebas con datos faltantes.
Una vez finalizada la lista de motores, analizamos los datos de cada uno. Para algunos motores solo se había realizado una prueba, mientras que para otros se habían llevado a cabo hasta 22 pruebas.
Para cada motor analizamos todos los datos disponibles y utilizamos el valor de la «eficiencia máxima observada» para nuestro análisis.
Por ejemplo, para el motor que aparece a continuación había 8 pruebas disponibles, y utilizamos el valor de la eficiencia máxima observada (indicado por la flecha azul) de todas las pruebas para nuestro análisis. Es importante entender que, debido a que se utilizaron hélices diferentes, el par motor aplicado varió entre las pruebas. La eficiencia del motor es una función de las RPM y del par motor.
Aunque no podemos garantizar que esta sea la eficiencia máxima real del motor, es la mayor eficiencia observable con los datos disponibles. Debido a esta y a otras limitaciones, no mencionaremos los motores incluidos.
Lectura complementaria: Análisis de potencia y eficiencia de motores sin escobillas (artículo)
En nuestros análisis comparamos la eficiencia de todos los motores, así como la de subgrupos basados en el peso. Los límites se crearon para intentar tener un número igual de motores en cada grupo, agrupándolos con motores de tamaño comparable.
Hay un intervalo de peso entre el penúltimo y el último grupo para representar más claramente el tamaño de los motores incluidos.
2. Limitaciones del estudio
Antes de entrar en los resultados, nos gustaría comentar algunas limitaciones del estudio.
Este estudio es puramente observacional y se basa en los datos disponibles en nuestra base de datos. No controlamos el entorno de las pruebas ni el tipo de prueba realizada, ni podemos afirmar si los datos subidos son representativos del rendimiento normal de los motores.
Por lo tanto, esta no es una comparación precisa. Simplemente son datos que hemos recopilado por interés y para ofrecer una visión general del tema.
Aunque ciertamente hay otros aspectos a considerar, a continuación se presentan algunas de las limitaciones de este estudio.
Limitaciones del estudio:
- Nuestros bancos de pruebas miden la eficiencia del «motor Y del ESC», por lo que es lo que se utilizó en la comparación. Sabemos por pruebas experimentales que el mismo motor a una velocidad y par motor determinados puede presentar una variación del 10 % debido al tipo y la configuración del ESC.
- Los datos utilizados son datos enviados por los usuarios, por lo que no tenemos control sobre las condiciones de las pruebas.
- Para algunos motores había varias pruebas disponibles, mientras que para otros solo había una, por lo que el número de muestras consideradas no fue uniforme.
- Las pruebas incluidas no se realizaron con la intención de identificar la mayor eficiencia posible, por lo que la «eficiencia máxima» de algunos motores puede estar subestimada.
- Para la mayoría de los motores, los datos de peso se incluyeron con la prueba, pero en algunas pruebas faltaban. Para estas pruebas realizamos una investigación basada en la información proporcionada del motor y completamos el peso. Utilizamos el valor del «peso sin cableado», pero no podemos confirmar si los motores con datos de peso ya presentes incluían o no el peso de los cables.
3. La eficiencia media de un motor eléctrico: lo que muestran los datos
En primer lugar, veamos los datos de eficiencia del grupo en su conjunto.
La eficiencia máxima media en porcentaje de los 48 motores eléctricos incluidos en el estudio es: 77,64 %.
Teniendo en cuenta que los datos no se recopilaron con fines de determinar la máxima eficiencia, no es un resultado malo. Es probable que sea una buena estimación de la eficiencia típica de un motor eléctrico.
La máxima eficiencia observada fue del 97,61 % y la mínima del 55,79 %.
El gráfico siguiente muestra la distribución de la eficiencia máxima:
Cuando lo desglosamos más en grupos basados en el peso, observamos lo siguiente:
|
Categoría de peso (g) |
Eficiencia máxima media |
|
3,9 - 30,0 |
70,80 % |
|
30,1 - 36,0 |
67,63 % |
|
36,1 - 70,0 |
79,98 % |
|
70,1 - 159,0 |
82,78 % |
|
159,1 - 255,0 |
84,13 % |
|
1093,0 - 5130,0 |
85,42 % |
Como puede ver, existe una tendencia general hacia una mayor eficiencia a medida que aumenta el peso del motor.
Si incluimos todos los puntos de datos individualmente, la tendencia es similar, aunque más dispersa:
Estos gráficos nos indican que, en general, podemos esperar una mayor eficiencia máxima a medida que aumenta el tamaño del motor. Esto concuerda con el conocimiento común de la industria actual.
También podemos ver que existe una amplia variedad de eficiencias para motores del mismo tamaño, especialmente para motores con un peso de entre 30 y 50 g.
Para la mayoría de los UAV, sustituir un motor del extremo inferior del rango por uno del extremo superior podría aumentar el tiempo de vuelo en varios minutos.
Conclusión
En conclusión, según este estudio observacional:
- En promedio, los motores más grandes tienen mayor eficiencia
- Existe una amplia variedad de eficiencias para motores del mismo tamaño
- Las cifras de eficiencia dependen en gran medida del caso de uso y de la selección de la hélice
- Es muy importante probar sus motores
Si desea empezar a probar sus motores y hélices eléctricos, eche un vistazo a nuestras herramientas de pruebas de propulsión:
- Series 1585 - mide hasta 5 kgf de empuje / 2 Nm de par motor
- Flight Stand 15 - mide hasta 15 kgf de empuje / 8 Nm de par motor
- Flight Stand 50 - mide hasta 50 kgf de empuje / 30 Nm de par motor
- Flight Stand 150 - mide hasta 150 kgf de empuje / 150 Nm de par motor
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