Artículo elaborado en 1995 Por: Alfonso Perales En este artículo vamos a hablar de los motores encargados de impulsar el coche. En competición son también los responsables de que un coche tenga mayores o menores prestaciones y por tanto nos permita contar con esa ventaja que necesitamos para poder ganar una carrera. Por el contrario, y como también pasa en los coches grandes, pueden ser los responsables de que no la ganemos porque llevemos un motor demasiado potente para nuestro nivel de conducción o excesivamente ávido de electrones, que nos impida acabar la carrera al no disponer de suficiente autonomía. Afortunadamente con nuestros coches a escala lo más que nos puede pasar es que no podamos controlar su potencia, pero al menos no serán los causantes de un accidente que afecte a nuestra integridad física o que nos haga tomarle un miedo irreversible al coche. Con este artículo vamos a intentar adquirir unos conceptos que nos permitan en primer lugar conocer las partes del motor y cómo funciona, para así saber elegir el motor apropiado para cada coche y para cada piloto. Además pretendemos enseñar a cuidarlo de tal forma que nos dure el máximo tiempo en las mejores condiciones. En primer lugar es imprescindible repasar unas nociones de electricidad y electromagnetismo para poder comprender adecuada-mente el funcionamiento de los motores. FUNDAMENTOS ELECTRO-MAGNÉTICOS Un imán es un cuerpo que tiene la capacidad de atraer ciertos objetos sin necesidad de tocarlos. El responsable de que aparezca esa fuerza a distancia es lo que se conoce como campo magnético, y es como un "campo de fuerza" que el imán crea a su alrededor. Existen los conocidos imanes permanentes, que tienen su importancia en el funcionamiento del motor, pero un mayor interés, y los que caracterizan en gran parte a un motor eléctrico, son los conocidos como electroimanes. Se sabe que las corrientes eléctricas crean un campo magnético en torno a ellas. Esto se puede comprobar si acercamos una aguja magnética a un cable que conduce corriente, en ese momento la aguja (por ejemplo de una brújula) se mueve y se orienta paralelamente al cable conductor. Este fenómeno es similar al que sucede con un imán, y se producen líneas de fuerza en forma de circunferencias concéntricas. Si un cable que conduce la corriente eléctrica lo enrollamos en espiral, el efecto magnético que produce aumentaría considerablemente, constituyendo entonces lo que se denomina una bobina. Si además colocamos dentro de la bobina un núcleo de hierro dulce, la intensidad del campo magnético creado aumentará en cientos e incluso en miles de veces. Este fenómeno se debe a que cuando pasa la corriente eléctrica por la bobina, el campo magnético que se crea hace que se ordenen los electrones del núcleo de hierro, y éste se convierte en un imán. El efecto de este imán se añade al de la bobina. Cuanto mayor sea la intensidad que le llega, y más largo el hilo que forma la bobina, más fuerte será el campo magnético creado y la fuerza ejercida. En el imán los electrones se mueven en su interior formando pequeñas corrientes eléctricas que son las responsables del campo magnético. Cuando la corriente se interrumpe se desordenan los electrones y el núcleo de hierro deja de comportarse como un imán. La bobina con el núcleo de hierro se denomina electroimán y las ventajas frente al imán permanente son las siguientes: - Los campos magnéticos que se obtienen son más intensos. - La intensidad del campo magnético se puede controlar mediante la regulación de la intensidad de la corriente que se aplica. - Se puede invertir la polaridad cambiando el sentido de la corriente. MOTORES, LAS BASES Se llama motor eléctrico a cualquier dispositivo capaz de transformar energía eléctrica en mecánica. Es decir puede producir movimiento al convertir en trabajo la energía eléctrica que le llega por el cable. Para saber cómo funcionan los motores, hemos de saber qué acción produce un campo magnético sobre una corriente eléctrica: Hemos visto cómo se forma un campo magnético cuando pasa una corriente eléctrica, ¿pero qué ocurre cuando la corriente transcurre por un conductor que a su vez está sometido a la acción de un campo magnético?, pues bien, un campo magnético puede ejercer una fuerza sobre una corriente, es decir sobre los electrones de igual manera que hace con el hierro. Para que esto ocurra los electrones deben estar en movimiento, por lo que un cable por el que no pase corriente no se verá afectado. Estamos ante dos fenómenos superpuestos: una corriente es capaz de crear un campo magnético, y el campo magnético puede ejercer una fuerza sobre una corriente. Imaginemos que colocamos un hilo conductor de energía eléctrica en el campo magnético de un imán permanente, de tal forma que esté perpendicular a sus líneas de fuerza. Cuando pase la corriente, el hilo conductor se moverá perpendicularmente a la dirección de la corriente y de las líneas del campo magnético. Si cambiamos el sentido de la corriente, se moverá en sentido opuesto. Supongamos que el hilo está formando una especie de lazo y que se puede mover libremente, de esta forma la corriente entrará por un lado del hilo y saldrá por el otro. Ahora colocamos dos imanes permanentes opuestos el uno al otro, situando el lazo entre ambos. Cuando hagamos pasar la corriente por el hilo cada lado del lazo será empujado en sentido opuesto y girará, llegando a detenerse cuando las fuerzas se equilibren (plano neutro). Pero si cada vez que girara media vuelta cambiara el sentido de la corriente, esto haría que girara otra media vuelta y así podría girar indefinidamente, hasta que se interrumpiera la corriente y se parara. El cambio del sentido de la corriente se consigue conectando el hilo a unos contactos denominados delgas que son las que se van a ponerlo en contacto con los dos polos de la corriente, el positivo y el negativo. El problema surgiría si cuando se conectase la corriente, el lazo estuviera en una posición completamente perpendicular a las fuerzas magnéticas de los imanes, en dicho caso y debido al equilibrio de fuerzas no iniciaría el giro. Esto se evita colocando en lugar de un lazo, tres, de tal forma que al menos dos de ellos estarán en la posición adecuada para iniciar el giro. De esta forma girará desde parado hasta que se interrumpa la corriente. COMO FUNCIONAN LOS MOTORES ELECTRICOS UTILIZADOS EN EL R.C. Una vez vista básicamente la teoría de cómo funciona un motor en general, vamos a entrar más detalladamente en el funcionamiento de un motor de los que equipan a nuestros coches radiocontrolados, y las diferentes partes que lo constituyen. El motor lleva dos imanes permanentes que están situados en la carcasa del motor y constituyen lo que se ha denominado el estátor, es decir la parte que no se mueve (estática). En el interior de la carcasa se encuentra el electroimán, denominado rotor (parte móvil del motor) o inducido. Está constituido por un eje metálico del cual surgen tres polos, y en cada uno de ellos se enrolla una bobina de hilo conductor. El número de polos es el óptimo para el RC y garantizan que el motor arrancará de parado. Cuando haya corriente en las bobinas, el campo magnético producido interaccionará con el que produce el estátor, y se producirá una fuerza sobre el inducido que hará que gire, arrastrando el eje en su movimiento. Habremos convertido la energía eléctrica en energía mecánica de giro en el eje. La corriente llega al rotor por tres delgas, que están situadas en su parte superior y forman el denominado conmutador o colector (es como un anillo dividido en tres partes, que son las delgas). Las delgas a su vez reciben la corriente de las escobillas, estas son unos contactos deslizantes que rozan las delgas del rotor mientras éste gira. Una escobilla estará conectada al polo positivo de la corriente y la otra al negativo. La transmisión de corriente a través de las escobillas y conmutador se realiza con el fin de que sólo los polos que están en el campo magnético reciban la corriente, además la corriente se invierte cuando gira el inducido, así los polos producen par en la misma dirección y no se oponen el uno al otro. Las escobillas están situadas en el cabezal del motor, en el interior de los porta escobillas, que son unas guías de forma rectangular. Las portaescobillas reciben la electricidad de los cables que llegan del variador y al estar unidas a ellas las trencillas (que salen de un extremo de las escobillas y son unos hilos conductores enrollados en forma de trenza), transmiten eficazmente la electricidad a las escobillas. Las escobillas mantienen la presión necesaria sobre el conmutador gracias a la acción de unos muelles. Las portaescobillas se unen al cabezal mediante dos tornillos. El cabezal se une a su vez a la carcasa con otros dos tornillos. Como dijimos, el inducido está dividido en tres polos en los cuales se pueden observar cables de cobre enrollados, y a esto es a lo que se denomina bobinado. Para que el inducido gire libremente, su eje va unido al motor mediante casquillos o rodamientos. A ambos lados del eje del inducido y entre éste y los rodamientos, se encuentran dispuestas unas arandelas cuya misión es calar el motor para evitar vibraciones. En la parte inferior del inducido, hay un eje que sobresale del motor y que irá unido el piñón de ataque, y a través de él se transmitirá la energía mecánica a la transmisión del coche, y de ella a las ruedas. Por último, hay que tener en cuenta que: - El calor disminuye la potencia del motor de una forma más o menos reversible. - La fuerza que genera el motor es directamente proporcional a: - la intensidad de la corriente - la longitud del conductor - la intensidad del campo magnético que crea el imán - El seno del ángulo que forman las líneas de fuerza con la corriente eléctrica. MAS SOBRE LAS DIFERENTES PARTES DEL MOTOR A continuación vamos a ver con más detalle las distintas partes del motor y cómo influyen en el comportamiento de éste Carcasa: Se fabrica de acero. Aunque el tamaño ha permanecido prácticamente invariado en los últimos años por exigencias del reglamento, el diseño ha ido evolucionando ligeramente a lo largo de los años y últimamente la tendencia es a ofrecer cajas en las que se favorece la refrigeración a base de presentar orificios y ventanas. Las cajas más utilizadas son las Yokomo y Sagami. Imanes: Los imanes sólo se pueden fabricar de unos pocos materiales como el acero, cobalto y samario. Son a menudo una combinación de esos elementos unidos por un proceso llamado metalurgia de polvo. La tecnología empleada en la fabricación es determinante en su potencia. Los primeros imanes eran los denominados cerámicos y eran muy sensibles al calentamiento. Mas adelante la tecnología cambió y se fabricaron utilizando polvo magnético que era comprimido en un molde para darle la forma de semicírculo necesaria para insertarlos en la carcasa. Mas tarde aparecieron los imanes denominados "wet" ("húmedos"), lo que no quería decir que estuvieran mojados, sino que la denominación se refería a la tecnología utilizada que consistía en depositarlos en el molde en forma de líquido antes de ser comprimidos, obteniéndose así imanes más densos. Después se imantaba todo. Los imanes "wet" ofrecían una mayor potencia. La evolución ha continuado y los imanes son cada vez más potentes, ya que se fabrican más densos y se usan materiales con más fuerza magnética. La denominación 4,9, 5,0, ....5,4 por ejemplo con la que los fabricantes denominan actualmente a sus imanes indican la evolución, así un imán 5,4 está más evolucionado que un 4,9 y por ello también será más potente. A campo magnético más potente, el par ("la patada") a motor parado será mayor, pero se reducirá la velocidad. Los imanes tienden a perder fuerza cuando se calientan, pero este fenómeno es reversible a no ser que el calentamiento sea excesivo. En general no es un gran problema y a la larga lo normal es sólo un ligero cambio en las características del motor. Para conservar el máximo posible la vida de los imanes, hay que evitar que estén en contacto con metales externos, ya que perderían fuerza. Cabezal: Cuanto mayor sea el número de piezas metálicas que posea, mayor será la disipación del calor, lo que conlleva un mejor rendimiento. Algunos ofrecen un diseño pensado para la máxima refrigeración e incluso los tornillos que fijan las trencillas de las escobillas pueden llevar acoplados un pequeño disipador de calor. Escobillas: Su composición es muy importante en el rendimiento y comportamiento del motor. Los ingredientes fundamentales son el grafito, cobre y plata, que en forma de polvo se comprimen para obtener una forma sólida. Se diseñan con el objetivo de permitir el paso de fuertes corrientes y que a la vez se autolubriquen para permitir el rozamiento con el colector sin que se sobrecalienten. La función de los diferentes componentes es la siguiente: El grafito, o carbón, lubrica, a más grafito mayor resistencia a la corriente, pero mayor duración de las baterías. Las que contienen más cobre dan mas potencia pero disminuye la autonomía. La plata suele emplearse en proporciones entre 0 y el 15%, da mayores revoluciones y por ello mayor velocidad punta, pero menos par, además estropea más el conmutador. Aunque los fabricantes no revelan la composición de sus escobillas, una observación de estas nos puede orientar hacia su composición, así las de color chocolate-marrón tienen más cobre, las grises más plata y las negras más carbón. El cobre y plata proporcionan menor resistencia, más potencia y más daño al conmutador. El carbón lubrica y forma una capa sobre el conmutador que le protege, aunque dan menos potencia. Las escobillas se pueden agrupar en tres categorías fundamentales, blandas, duras y "de plata". Aunque la denominación varía de un fabricante a otro y la que es dura para un fabricante puede ser blanda para otro. Las duras están mejor adaptadas al T.T. y las blandas a pista. Las duras tienen un 70-80% de metal, lo que proporciona más potencia, se gastan poco, pero son más dañinas para el conmutador. De todas formas en el T.T. las escobillas no deben ser excesivamente duras, para evitar que el conmutador sufra en exceso. Las blandas tienen un 35-50% de metal y una mayor proporción de grafito, dan menos potencia pero son más cuidadosas con el conmutador, pero duran menos, incluso sólo 2 ó 3 mangas. Si se usan a altas revoluciones por minuto (rpm), como por ejemplo en 1/10 pista, se pueden sobrecalentar, por lo que pierden prestaciones. Las que incorporan plata en su composición son las más caras y ofrecen una mayor potencia, pero son más delicadas cuando se produce un sobrecalentamiento, ya que se oxidan con mayor facilidad. Son mejores para la categoría de T.T. 4x2, mientras que para el 4x4 y pista se utiliza poca plata o nada. Las escobillas con alto contenido en plata van mejor en circuitos rápidos con pocas curvas, es decir en donde se alcanzan altas rpm y se mantienen, por ello son interesantes en circuitos ovales pero al ser dañinas para el conmutador se recomienda tornear el conmutador después de cada manga. En los motores stock se emplean escobillas con más contenido de cobre para favorecer el paso de la corriente. Cada escobilla debe utilizarse para lo que está diseñada, así si las de pista 1/12 liberarán cobre y las de T.T. carbón, si se usan unas de 1/12 en T.T. el motor será rapidísimo los dos primeros minutos, pero luego no andará casi nada debido a que se esmaltará el conmutador. Las trencillas también tienen su importancia y la unión con la escobilla ha de estar bien realizada. Las mejores son las de plata por conducir mejor la electricidad. Forma de las escobillas: Aparte del habitual, existen otros tipos diferentes: dentadas, cortadas, "venturi", etc. Las cortadas ofrecen menor aceleración en regímenes medios y altos, pero son buenas para aumentar la aceleración en baja, van bien en 1/12 pista. Las venturi tienen un agujero en el centro del área de contacto por lo que obtienen una mejor refrigeración y los residuos que se desprenden se depositan en el agujero evitando dañar a ellas y al conmutador, además al estar cortadas ofrecen una presión mayor sobre el conmutador. Con las escobillas cortadas se reduciría el consumo sin reducir el par o las rpm máximas. Para una mayor duración las escobillas cortadas se han de colocar en posición inversa, es decir la del polo positivo con la parte saliente hacia abajo y la del negativo hacia arriba, o viceversa. De todas formas las escobillas cortadas son peores para el conmutador. Las escobillas cortadas se venden como tal por algunos fabricantes, otros las venden precortadas, para facilitarlo o se pueden emplear unos dispositivos que facilitan el que nosotros mismos las cortemos. Escobillas tumbadas: algunos fabricantes ofrecen motores con un conmutador de mayor diámetro que requieren el uso de escobillas tumbadas, y se insertan en unas portaescobillas diseñadas para esta disposición. Ofrecen una mayor superficie de contacto escobilla-conmutador y por ello podrán transmitir más corriente. No se deben usar escobillas verticales en portaescobillas de tumbadas ni viceversa ya que habría que rodarlas mucho para que se adaptaran a la forma del conmutador, y el desgaste de éste sería enorme. A la hora de escoger escobillas, hay que tener en cuenta que algunas escobillas pueden formar depósitos, esto hace que se reduzca el contacto y baje el rendimiento. Una buena escobilla siempre parecerá húmeda y el cobre apenas se verá a través del lubricante. Si está deslustrada, no va bien y necesita ser reemplazada, habrá que elegir una que proporcione la mejor combinación de rendimiento, falta de depósito y daño mínimo al conmutador. Para ver el rendimiento se puede usar una lupa para observar la superficie de las escobillas y conmutador. A la hora de escoger unas buenas escobillas hay que ir a marcas buenas, Reedy, Peak Performance y Corally tiene fama de fabricar buenas escobillas. Como curiosidad, habréis podido observar que la escobilla del polo positivo de la corriente se gasta más que la conectada al polo negativo. Esto se debe a un fenómeno electroquímico, el positivo está más limpio y gastado y el negativo menos y se recubre de un depósito negro, esto ocurre a altas temperaturas Muelles: Su finalidad es hacer que las escobillas mantengan el contacto físico con el conmutador mientras este gira. La presión que ejercen sobre las escobillas determina en parte las prestaciones del motor. La elección de los muelles es importante y han de ser de buena calidad para resistir el paso de la corriente y el calor. Están considerados entre los mejores Reedy y Peak Performance. Hay dos grandes grupos de muelles, los blandos y los duros. Los blandos ejercen menos fuerza, lo que provoca menos fricción, una menor resistencia al giro del inducido y por ello más rpm con un menor consumo. El problema es que en la aceleración las escobillas pueden rebotar, lo que produce un chisporroteo que puede retirar cobre del conmutador y por ello es malo para la vida del motor. Su uso principal es en circuitos rápidos con curvas rápidas, como en las carreras en óvalo, donde casi siempre se va a las máximas revoluciones. Los muelles duros mantienen pegadas las escobillas al conmutador, esto produce una mayor fricción que desemboca en una mayor resistencia y una menor autonomía. Proporcionan más par por lo que es útil en T.T. y dañan menos al conmutador ya que se producen menos arcos eléctricos. Como ocurría en el caso de las escobillas, la denominación de blando, intermedio o duro depende del fabricante. Para comparar un muelle con otro se puede recurrir a un medidor de la tensión, que nos dará una lectura objetiva de la fuerza que ejerce el muelle. Se han de probar los muelles recaen instalados y también después de usarlos ya que puede cambiar su tensión debido al calentamiento. La mayor fuerza del muelle se consigue, o con un mayor ángulo, o con un mayor diámetro del alambre del muelle, por ello a más ángulo más fuerza ejercen sobre las escobillas. En el caso de Reedy viene dada por los ángulos, para 1/12 se usan los de 100º; 1/10 pista, 125º; T.T. 4x2 130º y T.T. 4x4 140-145º. Otros fabricantes usan muelles con unos 10º más en cada caso. El ángulo de un muelle se puede modificar doblando la parte que no apoya sobre la escobilla. Los muelles utilizados con las escobillas tumbadas son diferentes a los normales. Pero a la hora de elegir o una escobilla o un muelle hay que tener en cuenta también la combinación escobilla-muelle. Las escobillas de tipo plata necesitan muelles más blandos que las de cobre. Las escobillas cortadas por la mitad necesitan la mitad de tensión de muelle y tendrán la misma presión por mm2. Si se utilizasen las escobillas cortadas con los mismos muelles se obtendría más presión sobre el conmutador y se reducirían las rpm máximas. Para elegir la combinación ideal muelle-escobilla, hay que experimentar, no hay una receta mágica, cada uno conduce de manera diferente. Inducido: Está fabricado de hierro dulce. El bobinado de los hilos se realiza en cada uno de los tres polos del inducido y se sueldan a éste. La "coraza", es la parte externa de los tres polos en donde van bobinados los hilos, está formada de láminas aisladas, ya que si fuese de un metal homogéneo se perdería energía. Cuanto mas finas sean las láminas menos energía se perderá. Antes de instalar el inducido en el motor, el fabricante lo equilibra y los agujeros que se realizan en las corazas quitan material magnético y cortocircuitan las láminas, aunque esto no es de gran importancia al ocurrir lejos del eje del inducido. En la fabricación de los inducidos es muy importante la calidad del hilo utilizado, que ha de ser cobre con una fina capa de aislante (epoxi), para evitar cortocircuitos. Debido al peso y al espacio disponible, la capa de aislante ha de ser la mínima, pero a la vez ha de poder resistir las altas temperaturas. También es importante que la longitud del hilo esté reducida al mínimo para que así la resistencia sea menor, al igual que la masa en rotación. Por ello lo mejor es bobinar a mano (aunque con la ayuda de herramientas), para así poder tensar el hilo al máximo. También tiene influencia el tamaño del conmutador, si es grande como ocurre en el Reedy Sonic, habrá mayor par, debido a que hay una mayor transmisión de electricidad pero alcanzará menos revoluciones debido a que hay un mayor rozamiento. Existen también unos inducidos denominados trirrotores, estos ofrecen un campo magnético menor al haber menos metal en el campo magnético, pero el peso del rotor es inferior, por lo que ofrecerán buenas rpm con peor par. La curva de aceleración será más plana y por ello serán buenos en carreras ovales en circuitos con mucho agarre. Vueltas de bobinado: Con frecuencia oímos decir que tal motor es un 18 doble, o un 12 cuádruple, ¿qué significan estas cifras?. Se refieren al hilo de cobre del bobinado, el primer número se refiere a las veces que se enrolla el hilo, si esto se hace 14 veces, diremos que el motor tiene 14 vueltas. Será simple, doble, triple, etc, según el número de hebras de hilo que se han usado cada vez que se ha dado una vuelta durante el bobinado. Un bobinado simple es difícil de realizar, ya que al ser el hilo grueso, es muy rígido y difícil de bobinar a mano. Los dobles y triples son más fáciles de bobinar, y también los cuádruples, aunque algo menos. Cuando el bobinado es a máquina, es mejor el simple, pero siempre que sea de sección razonable, lo que limita su rendimiento. Seguiremos hablando de esto más adelante. Arandelas: Las mejores son las fabricadas de teflón y aluminio. Previenen que el inducido se mueva de arriba abajo, pero también lo centran en su campo magnético y evitan que los rodamientos se gasten prematuramente. Rodamientos: Han de ser de buena calidad, y estar fabricados pensando en las altas temperaturas que han de soportar los motores. Se fabrican con poca tolerancia pero es imposible evitar totalmente el juego. Si por el uso se estropean, puede que el conmutador no gire libremente y el rendimiento sufrirá. Los motores stock llevan casquillos en lugar de rodamientos, para así abaratar el precio. REGULACION DEL AVANCE En inglés se conoce como "timing". Es el ángulo formado por la recta que pasa por el centro de los imanes y la que pasa por el centro del eje de las escobillas. Existen interacciones entre el inducido y los imanes, y el plano neutro real se encuentra desviado en dirección opuesta a la dirección de rotación. Si esto no se tiene en cuenta el motor desarrolla menor par y es menos eficiente. Las escobillas han de estar en ángulo recto respecto al plano neutro y si este se mueve hay que mover las escobillas. Los fabricantes determinan el plano neutro en el cual la velocidad será la óptima, y colocan las escobillas según esto. Si el avance se realiza más allá del plano neutro, irá bien para motores stock, pero no para los modificados, ya que puede hacer que se calienten demasiado, además disminuye el par y la aceleración a baja velocidad. Ha de buscarse un compromiso. Cuando las escobillas están en ángulo recto con respecto al campo magnético, se obtendrá el máximo par. Cuando se altera el avance se reduce la fuerza del campo magnético. Por ello reduce el par pero también la tensión inversa generada y por ello aumentarán las rpm. Por lo tanto habrá de usarse una relación más corta, ya que el avance influye directamente en el consumo y variándolo se pueden obtener más revoluciones a costa de un mayor consumo. A la inversa, también se puede reducir el consumo a costa de disminuir las revoluciones. La actuación sobre el avance es mejor dejarla en manos de gente muy experta y no complicarnos la vida ya que prácticamente siempre se ha hecho en fábrica, al menos con los motores modificados, y se ha obtenido el mejor compromiso. Si se usa mucho avance se recorta la vida del motor. Un buen calado medio se realiza a 4 mm por encima del verdadero punto 0 (0 es el punto en el que el motor en vacío va más rápido y consume menos). Esto se puede evaluar con un amperímetro y un oído fino o con un comprobador de motores (motor checker). Utilizando 5 mm se obtiene una velocidad de rotación más elevada, pero con una ligera pérdida de rendimiento. TIPOS DE MOTORES: ESTANDAR Y MODIFICADOS En los años 70, cuando comenzaron las carreras de coches eléctricos RC, el motor que se empezó a utilizar fue el Mabuchi RS 540, cuyo bobinado era de 35 vueltas. Algo más tarde apareció otro motor muy similar, el Igorashi O5. Pero el cambio importante se dio con los motores fabricados por Yokomo, a principio de los 80, que presentaba las escobillas de manera accesible. Todo esto ocurría con motores dirigidos a la escala 1/12. Cuando se comenzó con el todo terreno, los coches eran más pesados y se requerían motores más potentes, por ello se utilizaron motores de 27 vueltas de bobinado para conseguir esa potencia. Más tarde la evolución se dio en los imanes, los primeros, de cerámica eran muy poco resistentes al calor. Los imanes "wet" supusieron una gran mejora, les siguieron otros más potentes, como se comenta en el apartado correspondiente. La adopción de baterías más potentes permitió usar motores con menos vueltas, más rápidos y potentes, pero de mayor consumo. La clase estandar o stock sólo existe en nuestro país a nivel nacional en el campeonato de formula 1. En el todo terreno algunos clubes la utilizan para categorías de iniciación y para que los costes no se disparen. Los motores estandar tienen un mínimo de 27 vueltas, el inducido gira sobre casquillos en lugar de rodamientos y la carcasa está preparada para que no se pueda separar del cabezal, si alguien lo hace, el motor es considerado ilegal. Las ventajas de organizar carreras con estos motores es que su precio es menor al de los modificado y la limitación de potencia hacen relativas las mejoras que se efectúen al coche o a la electrónica, influyendo más la conducción en los resultados. LO QUE HAY Y LO QUE NO HAY QUE HACER No se debe usar el motor una batería tras otra, hay que dejarlo enfriar. No usar relaciones de transmisión inapropiadas, un piñón de ataque con un número excesivo de dientes puede provocar un gran calentamiento que estropearía las escobillas y afectaría a los imanes. Para seleccionar la relación se requiere experiencia. Depende, además del motor, de las baterías, puesta a punto del coche, circuito y sobre todo del estilo de conducción (es mejor conducir con suavidad). Hay que empezar con un piñón corto y ver lo que sobra de batería. En lo referente a la aceleración hay que utilizar una que permita acelerar sólo hasta los 2/3 de la recta principal. En general en circuitos de muchas curvas y gran agarre: menos dientes. Pocas curvas y largas rectas, más dientes. Las trencillas de las escobillas han de permitir que el muelle haga su función, es decir que la escobilla mantenga el contacto con el conmutador conforme se vaya desgastando, por ello han de estar sueltas y hemos de cuidar que al soldarlas al portaescobillas no se les mezcle mucho estaño, pues las haría rígidas y no permitiría el juego. Hay que cuidar los "antiparasitarios", es decir los condensadores. Cuando el motor está funcionando ocasiona lo que se conoce como "ruido eléctrico", que afecta a la radio, al igual que pasa en los coches de escala real, ya que sin condensadores la radio musical del coche se oiría con interferencias. Se recomienda usar en el motor 2 ó 3 condensadores de 100 mF y cuando se usan variadores modernos también uno de 2,2 mF y 25 V en gota de tantalio (los de color naranja), en los variadores mas antiguos se usa uno de 47 mF químico. Es mejor no usar los protectores de motores, sean de caucho o de gomaespuma, ya que el calor es peor que el polvo. Este último volverá a salir y como mucho afectará a los rodamientos. En cambio si se calienta el motor, pueden verse afectados el colector, escobillas e imanes. DINAMOMETROS Se conocen popularmente como "dynos". Son aparatos que nos permiten conocer el rendimiento de los motores: consumo, revoluciones, par, etc. Su utilidad es casi siempre en comparación, es decir podemos ver los efectos de diferentes muelles, escobillas, comparar motores, confirmar que un motor tiene problemas y es necesario rehacerlo, etc. También sirven para ajustar el avance del motor. Los dynos actuales permiten cargar el motor con grandes corrientes y son los más exactos pero también los más caros. Se suelen analizar los motores a 35-40 amperios en T.T. y 25-40 en pista. La carga se realiza con otro motor que ofrece resistencia. Los mejores dynos nos dan información de la eficiencia del motor, midiendo rpm, potencia y consumo. Los dynos tienen sus limitaciones, por ejemplo no sirven para comparar motores con bobinados muy diferentes entre sí. Sirven sobre todo para detectar motores que están mal y para comparar escobillas, muelles y calado del motor. Para obtener resultados comparativos han de evaluarse los motores en exactamente las mismas condiciones. Se requiere mucha experiencia y hay que tener en cuenta que no dan lecturas definitivas, sino que han de confirmarse con resultados obtenidos en el circuito y con un crono en la mano. VALORACION DE LOS MOTORES: COMO ELEGIRLOS Una vez vista toda esta teoría, estaremos en condiciones de saber elegir un motor. Sin embargo quizá facilite las cosas si agrupamos los conceptos. Entre otros factores, tenemos que tener en cuenta dos muy importantes: el par (la "patada" del motor), que se denomina en inglés "torque", y la velocidad punta, es decir las máximas revoluciones por minuto (rpm) que alcanza el motor. En lo referente al par, hay que saber que en los motores se da un fenómeno indeseado conocido como tensión inversa. Cuando gira el inducido en un campo magnético se genera en los hilos una tensión opuesta (fuerza electromotriz). Esta tensión es directamente proporcional a la fuerza del campo magnético, al número de vueltas de bobinado y a la velocidad de rotación. Por ello un motor con imanes más potentes generará más tensión inversa y obtendrá menos revoluciones. Un motor con menos vueltas producirá una menor tensión inversa y revolucionará más. En general a baja velocidad hay más par disponible porque la tensión inversa es baja, pero a alta velocidad hay menos par disponible porque la tensión inversa es mucho más alta. El fenómeno de la tensión inversa explica las diferencias entre un motor eléctrico y uno térmico, el eléctrico produce el máximo par desde la posición de parado, y disminuye a medida que aumenta la velocidad. Por el contrario los térmicos tienen muy poco par a baja velocidad y más cuando aumenta la velocidad. Un buen motor eléctrico es el que tiene el mayor par en parado pero genera la menor tensión inversa. Es decir ha de tener unas buenas características de motor y malas de generador. Como dijimos, si se aumenta la fuerza del campo magnético o el número de vueltas, el efecto es el mismo, ambos alteran el par en parado y aumentan la tensión inversa. A imanes más potentes, mayor par pero menos velocidad punta. Por ello cuando aumente la fuerza de los imanes hay que reducir el número de vueltas del bobinado para tener el mismo rendimiento. Esto nos lleva a una conclusión, motores con imanes más evolucionados precisan de bobinados con menos vueltas. En lo referente a las revoluciones por minuto, sabemos que cuanto mayor sea la sección de un conductor menor será la resistencia y mayor corriente podrá transportarse (pensemos en una tubería), por ello los hilos que puedan transportar más corriente darán mayores campos magnéticos y desarrollarán más potencia. Así cuanto menos vueltas tenga el bobinado del inducido (hilo más ancho), más corriente podrá transportar y el motor será más veloz, obteniendo más revoluciones y por ello más velocidad punta. Por ello un motor de 10 vueltas será más veloz que uno de 12, pero también consumirá más, siempre, por supuesto, que el resto del motor sea igual. También existe la posibilidad de utilizar bobinados con múltiples filamentos, y en lugar de usar uno ancho se usan dos o más en paralelo y cabe pensar que a mayor número de cables, mayor será la corriente que se puede transportar (varias tuberías transportan más agua que una sola). Pero como el espacio que hay para enrollar los cables, es limitado, una tubería ancha que ocupe el mismo espacio que 4 estrechas transportará más fluido, ya que entre las 4 tuberías quedarán espacios vacíos. Por ello en este caso un 12 simple dará más revoluciones que un 12 cuádruple. Todo esto no quiere decir que cuanto menos vueltas y menor número de hebras tenga será mejor el motor, ya que consumirá más y tendrá menos aceleración. Si queremos un motor que tenga más aceleración (más par) hay que ir a motores con mayor número de vueltas y de hebras. Mayor número de vueltas, menos velocidad pero mayor autonomía y mayor par, la respuesta es más suave y se pueden utilizar piñones más suaves para una mayor velocidad. Menor número de vueltas, mayores rpm y menor autonomía, por ello habrá que utilizar piñones más pequeños para tener aceleración en baja y autonomía. Aunque se considera que los cuádruples son más suaves y los simples con más fuerza y los dobles y triples intermedios, lo que realmente da la diferencia es el área de la sección transversal de el/los hilo/s usado/s por el motor y por ello su resistencia. Un cuádruple tiene menos área y mayor resistencia, esto reducirá la corriente y tendrá menos patada. Un doble tiene más área seccional y tendrá más empuje, pero también transportará más corriente, gastará más y necesitará llevar una transmisión más corta para compensar. Esto es en teoría, porque también depende de la longitud del hilo empleada. El conocer el número de vueltas y de hebras empleadas en el bobinado nos permite comparar motores del mismo fabricantes y utilizar el adecuado para cada circuito, según necesitemos velocidad punta o aceleración. Pero tenemos que tener en cuenta que es difícil establecer comparaciones entre fabricante, pues el tipo de cable y la sección pueden variar mucho. En general los bobinados dobles están más adaptados a pistas cortas, con agarre, donde se necesita mucha aceleración. Los triples para pistas intermedias. Los cuádruples van mejor en pistas largas. El triple es el mejor compromiso. Respecto a la calidad, los stock son los más baratos, pero también tienen menos rendimiento y andan menos. Los modificados hechos a la máquina son más baratos y por su relación calidad/precio son convenientes para carreras provinciales o incluso regionales. Los modificados bobinados a mano son los que ofrecen un mayor rendimiento, pro también son los más caros. Un factor a tener en cuenta es la calidad de las soldaduras, sobre todo las de los bobinados al colector y las de las escobillas a las portaescobillas. La elección final del motor corresponde al piloto y posteriormente este podría modificar sus características jugando con muelles y escobillas, aunque nuestro consejo para los que empiezan es que usen las escobillas y muelles que recomienda el fabricante para ese motor y el uso al que se destina (T.T. o pista). Podemos dar una recomendaciones orientativas según se trate de pilotos que se están iniciando o sean expertos y en función del material de que disponga, sobre todo de la autonomía de sus baterías.: - T.T. 1/10: En general usar motores entre 13 y 15 vueltas de bobinado. Si se tienen muy buenas baterías y habilidad, se pueden usar también los de 10 a 12. Si no se es muy bueno y no se dispone de buenas baterías, usar unos de 16 o 17. - A igualdad de baterías y piloto usar un motor de 1 vuelta de bobinado más en 4x4 que en 4x2. - En el caso de circuitos rápidos hay que buscar más rpm y más par en circuitos lentos. - En 1/10 pista usar motores entre 12 y 14 vueltas. - En 1/12 pista entre 16 y 19 vueltas. MANTENIMIENTO Y RODAJE DEL MOTOR Recuerdo una entrevista realizada hace bastantes años a un experimentado piloto justo después de haber ganado un campeonato. Este me decía que todos los motores andaban al principio, pero que también todos acababan bajando de rendimiento y había que comprar otros. Esta creencia estaba muy extendida entre muchos pilotos, y hace cinco años pocos conocían cómo reconvertir un motor que no iba en un motor competitivo de nuevo. La explicación a esto la dan los tornos portátiles de motores que actualmente se ofrecen a un precio abordables por un grupo de aficionados que lo compren para compartirlo. El mantenimiento adecuado de los motores, junto con el uso apropiado del torno, nos permite actualmente disponer de motores que mantienen sus virtudes durante muchísimo tiempo. Para que un motor sea competitivo, lo más importante es el buen contacto escobillas-conmutador, en caso contrario las prestaciones serán malas y podrá dañarse. El conmutador ha de ser perfectamente redondo para un buen contacto con las escobillas. Esto es difícil de conseguir porque depende también de los rodamientos y del eje. Es el factor que más influye en el rendimiento del motor. El conmutador se estropea, o por distorsión cuando se calienta, o por erosión de las ranuras, que hay entre las delgas, por efecto de las chispas. Esto hace que disminuya la potencia y par disponibles. Un motor más potente tiene más posibilidades de dañarse debido a que tiene más velocidad y contacta con las escobillas mas a menudo. El chisporroteo del motor es normal, pero es más frecuente cuando el motor está sucio. Para la limpieza se emplean sprays de motores y hay que tener precauciones, ya que contienen tricloroetano, y habrán de usarse en una zona bien ventilada. Entrando ya en el mantenimiento de los motores, vamos a ver primeramente un mantenimiento sencillo, que ha de hacerse con frecuencia y que no conlleva desmontaje del motor. Posteriormente hablaremos de un mantenimiento menos frecuente pero más profundo. Mantenimiento sencillo (limpieza): Debe de hacerse sacando el motor del coche, ya que algunos sprays de motores pueden atacar al lexan de las carrocerías y bañeras y al plástico de la transmisión. Ha de utilizarse un spray de buena calidad ya que algunos podrían atacar al epoxi que recubre a los hilos de cobre y provocar un cortocircuito. Además no ha de contener aditivos ni lubricantes, solo trifluor o tricloroetano. Añadir el spray con el motor girando y empleando poca cantidad, para evitar arrastrar suciedad a otras partes. Luego miraremos dentro del motor y si solo es necesario una limpieza, se puede utilizar una barrita ligeramente abrasiva (tipo goma de borrar) que venden algunos fabricantes y que se introduce por los portaescobillas hasta tocar el conmutador, luego y sin ejercer mucha presión se gira el eje para limpiar el conmutador. Observar las escobillas, si su aspecto es limpio y ligeramente húmedo se pueden dejar como están o limpiarlas con algodón en seco. Si están deslustradas o ahumadas, deberán limpiarse, para ello utilizar la barrita antes citada, por su parte redondeada. Rotar la escobilla en la dirección que gira el conmutador. Si hay un depósito se han de usar las barritas o mejor cambiar a otra marca de escobillas de más calidad. Si están de un color azulado o púrpura han estado muy calientes y hay que sustituirlas ya que probablemente se ha quemado el lubricante. También hay que cambiarlas si tienen un profundo rallado o el área de contacto es irregular, ya que si no estropearán el conmutador. Además no han de usarse si el desgaste supone más de 1/3 de la longitud original, es útil compararla con una nueva. Las escobillas se adaptan al colector durante del rodaje o uso y toman una forma de U con los extremos afilados, se recomienda utilizar una lima plana formando un ángulo de 45º para rebajarlos y quitarles esa forma afilada. Si instalamos escobillas nuevas habrá que proceder a su rodaje antes de instalar el motor en el coche. No debe olvidársenos, que el ultimo tratamiento antes de finalizar ha de ser limpiar las escobillas y el conmutador con un líquido de limpieza para no dejar residuos o restos de grasa. Luego se volverán a colocar las escobillas y muelles y se añadirá una gota de aceite en cada uno de los rodamientos. No añadir más de 1 ó 2 gotas de aceite y utilizar uno especial para altas temperaturas, como los que venden algunas casas especializadas o usar uno de coche sintético tipo Mobil 1. Siempre que se han sacado las escobillas de su alojamiento hay que rodar el motor unos 5 minutos a 4-6 V (usar una batería formada por 4 elementos) para que asienten las escobillas. - Mantenimiento completo: Desmontaje del motor: Para saber si hay que hacer un mantenimiento más profundo, primero hemos de conectar el motor a un paquete de baterías y escuchar, si revoluciona libremente y suena suave, puede que solamente necesite una limpieza. Después habrá que comprobar si hay rebote de escobillas. Para ello con el motor en funcionamiento, tocar ligeramente la parte superior de una escobilla con una llave alen pequeña o un pequeño destornillador de joyería, si el conmutador está mal vibrará mucho. Este método también es útil para detectar un rebote de las escobillas, esto ocurre cuando al tocarlas aumentan las revoluciones del motor. Después hay que poner la llave alen en la carcasa del motor, si vibra es que el balance del inducido está mal. Esto podría causar la vibración de las escobillas, y no el conmutador. Si el problema es el balance del inducido, habrá que mandarlo a equilibrar a un fabricante, si es problema del conmutador, habrá que tornearlo. Vamos a describir cómo se desmonta y monta un motor con la finalidad de proceder a su mantenimiento completo. 1º.- Antes de iniciar el desmontaje hemos de saber en qué posición está la campana respecto a la caja, ya que si luego lo montáramos mal el motor podría funcionar al revés, o mal en caso de que no respetásemos el avance que viene de fábrica. Para ello se ha de marcar de forma indeleble (para mantener el avance y la polaridad). Como algunos rotuladores pueden borrarse con el spray de motores, se puede rascar la pintura con una cuchilla. 2º.- Quitar los muelles y sacar las escobillas de sus alojamientos. 3º.- Aflojar los tornillos que sujetan el cabezal a la caja. Girar éste en el sentido de las agujas del reloj hasta que se suelte y extraerlo con la precaución de que no se pierdan las arandelas. Colocar estas sobre la mesa de tal forma que luego podamos colocarlas en el mismo orden. 4º- Extraer la placa que mantiene el inducido en la caja, haciéndola girar para que coincidan las muescas de la placa con los salientes que hay en la carcasa. 5º- Extraer el inducido manteniendo con las arandelas de la parte inferior del eje, las mismas precauciones citadas antes y no mezclarlas con las que se quitaron de la parte superior. Hay que tener cuidado de no tocar el conmutador con los dedos. 6º- Limpiar el interior de la carcasa y el cabezal primero con un cepillo o una brocha, y luego con un spray y un trapo. Limpiar también el inducido con el spray. 7º.- Limpiar el conmutador y escobillas como se indicó anteriormente en el mantenimiento sencillo, es decir con el spray y la barrita tipo goma de borrar. Si el conmutador está erosionado cerca de las ranuras, se debería tornear, aunque hubiera dado bien en la prueba de rebote. El torno de motores lleva una cuchilla de carbono o de diamante que quita la capa dañada del conmutador, dejándolo perfectamente limpio y literalmente como nuevo. El tema del torneado de conmutadores se tratará en un artículo aparte. Después hay que limpiar las ranuras del conmutador y se puede hacer con una tarjeta o con un palillo de dientes, pero con cuidado de no rallar el conmutador. Volver a limpiar para quitar los restos que pudieran quedar. 8º.- Para comprobar los rodamientos, se puede insertar el eje del inducido y hacerlo girar, si están duros, ruidosos o giran mal, habrá que limpiarlos. Para ello lo mejor es extraerlos de sus alojamientos e impregnados con abundante spray limpiamotores. Si para limpiarlo no los extraemos, cuidar que el spray no introduzca suciedad del motor dentro de ellos. Lo mejor es sacarlos de sus alojamientos con unas herramientas especiales que fabrican algunas casas como Corally o Trinity y que lo que hacen es presionar el rodamiento de una forma uniforme para extraerlo de su alojamiento sin dañarlos. Si no disponemos de ellas hemos de extremar las precauciones y extraerlos con una presión uniforme. Es más fácil extraer el que está alojado en el cabezal. Después de limpiar los rodamientos, y una vez secos del spray, engrasarlos (solo 1 ó 2 gotas) con el aceite especial adaptado a las altas temperaturas. Si los rodamientos están gripados sin remedio o el juego es excesivo, habrá que sustituirlos por otros nuevos. Si los rodamientos van bien y el motor se ha usado poco, es mejor no hacer nada, ya que contienen una grasa que les protege y hay que conservar, pues evita que entre polvo. 9º.- Escobillas: Comprobarlas y mantenerlas según se especificó en el apartado de mantenimiento sencillo. 10º.- Para el montaje se harán las operaciones en sentido inverso. Cuidar al final de colocar la carcasa en la posición adecuada sobre la caja sirviéndonos de las marcas que hicimos al principio. Otras comprobaciones: Si el motor es un modificado de una marca de prestigio sólo hemos de ocuparnos de colocar las arandelas tal como estaban, en caso contrario puede ser necesario que debamos calar nosotros mismos el motor. Para ello colocamos el inducido en la carcasa, y se centrará solo, colocamos arandelas hasta eliminar todo el juego. Luego pasamos a la parte del colector, la primera arandela no metálica y de mayor diámetro, es para conseguir el aislamiento y protección mecánica. Se añaden arandelas hasta obtener un pequeño juego una vez que se coloque el cabezal. Al final se comprobará agarrando el rotor del eje inferior, debemos poder moverlo sólo ligeramente, si no podemos moverlo habrá que quitar arandelas y si el juego es excesivo colocar algunas. Portaescobillas: Idealmente el centro de la cara de la escobilla deberá apuntar a la línea central del eje del inducido. Si están mal podrían hacer un corto en los polos del inducido, esto puede ocurrir en las escobillas que se han gastado más de 3 mm, ya que puede que no alojen bien. Si el conmutador se ha torneado y su diámetro reducido, el problema puede ser más exagerado. La observación de un desgaste irregular de las escobillas puede indicar que las portaescobillas estén mal alineadas. Esto puede ser debido al uso o a algún golpe que haga que no guíen a las escobillas de manera perpendicular al conmutador. En ese caso debemos enderezarlas, para ello se aflojan los tornillos que las mantienen unidas al cabezal, se introduce uno de lo dispositivos que hay disponibles en el mercado, se aprietan los tornillos y se extrae el dispositivo. Además ha de limpiarse su interior con un palillo de oídos impregnado en spray de motores. Muelles: Si estos han sufrido un sobrecalentamiento, han de sustituirse por otros nuevos. Si han sido usados durante mucho tiempo han podido perder su tensión, en ese caso se puede proceder a doblarlos un poco para que ejerzan más fuerza, o mejor, sustituirlos por unos nuevos. Existen instrumentos que permiten medir la tensión del muelle y de esa forma saber si hemos de doblarlos o sustituirlos. Ambos muelles han de tener la misma tensión. Remagnetización: Los imanes pierden fuerza poco a poco y la remagnetización puede devolver algo de esa fuerza. Es útil si el motor se ha sobrecalentado, si no casi es mejor adquirir una nueva carcasa. Frecuencia del mantenimiento: Se hará en función de lo desgastado del motor y nuestras pretensiones. En el caso de los motores Mabuchi o similares, que no pueden ser desmontados, hay que limpiar el colector y lubricar los casquillos. A continuación vamos a dar unas normas de mantenimiento medias, que serán más o menos estrictas dependiendo del nivel de competición en el que nos movamos: - Limpieza de escobillas y conmutador y engrasado de rodamientos, sin desmontar el motor: cada 2-3 baterías. - Limpieza general y engrasado de rodamientos, desmontando totalmente el motor: cada 12 baterías. - Torneado del conmutador: Cada 18 baterías (a partir de 15 baterías se podría empezar a notar la pérdida de rendimiento). Mas de 30 baterías y empezará a dañarse. - Cambio de escobillas: depende de su dureza, pero cuando se haya consumido 1/3 de su longitud inicial. Esto es una media de lo recomendado. Unos aconsejan que hay que rehacer el motor cuando no vaya rápido, otros en campeonatos muy importantes lo rehacen cada manga. A nivel de carreras de clubes cada 20-30 baterías puede ser suficiente. RODAJE DEL MOTOR Los motores modificados de marcas de prestigio vienen generalmente rodados, para comprobarlo mirar las escobillas, si están brillantes se han rodado, si están mates no. En los motores stock o en los modificados más económicos, hemos de proceder a un rodaje que será fundamental para la vida y prestaciones del motor. También será necesario proceder al rodaje cuando cambiemos las escobillas o rehagamos el conmutador en el torno de motores. Si el rodaje no es adecuado, la superficie de contacto es menor, por lo que se transferirá menos corriente y en definitiva el motor andará menos. Muy atrás quedó la época en la que se recomendaba sumergir el motor en agua y conectarlo a la batería para hacer el rodaje. Actualmente se sabe que un rodaje más sencillo es suficiente. Este se realizará con una baja tensión: entre 4 y 6 voltios que podremos obtener utilizando una batería de 3 elementos. El motor ha de rodar en vacío y la duración del rodaje será de 15 minutos, cuidando de que el motor no se caliente, si ocurre esto lo desconectaremos y continuaremos cuando baje la temperatura o utilizar un pequeño ventilador. Cuando transcurran los 15 minutos comprobaremos si al menos el 80% de la escobilla está en contacto con el conmutador, si no, hay que seguir con el rodaje hasta conseguirlo. Las escobillas blandas requieren menos tiempo de rodaje que las duras. Después del rodaje limaremos los ángulos de las escobillas como indicamos antes, y volveremos a limpiar estas y el conmutador. Luego colocaremos las escobillas, rodando otros 5 minutos para que se asienten. Algunos recomiendan añadir gotas al conmutador y rodar 3 minutos. También se puede rodar un motor con otro conectado a él que rueda al revés, de esa forma no se aplica tensión al motor que queremos rodar y durará más. |