Motorización de forma sostenible de su embarcación de recreo


Por poco razonable  que nos pueda resultar, la movilidad eléctrica ha llegado por sus innegables ventajas frente a los  clásicos motores de combustión interna , como puede ser la ausencia de emisiones contaminantes, nulo mantenimiento  ,altísima  fiabilidad ,ni  una  sóla pieza móvil (nada de correas, filtros, etc que complican la vida), no generan manchas de aceite, no generan gases de escape,sin ruido ni vibraciones, no hay mantenimiento,no hay monóxido de carbono,no hay depósito de combustible ( que  por cierto  seguirá aumentando de precio)  ,etc.   

Dentro de la movilidad marina , es normal  que el “movimiento a lo  eléctrico” también sea seguido con interés   por idénticos motivos , en las que como es normal destaca la mayor fiabilidad y el coste de cada milla recorrida frente a los sistemas  convencionales ,pero sin olvidar  que estaremos ayudando claramente a nuestro planeta  siempre que usemos métodos sostenibles para cargar las baterías .

En efecto las bondades de los motores electricos marinos las conocen bien los aficionados a la pesca  ya que son indispensables para desplazarse con una embarcación sin ruidos que asusten a peces ,pero la tendencia es tan clara  que no solo existen motores para maniobra eléctricos o para pesacar , sino que tambien existen motores marinos completamente operativos para reemplazar  todos los motores marinos( es decir  tanto  intraborda como fueraborda).

Hoy en día  ya de hecho  existen muchos motores  intraborda marinos que se pueden encontrar comercialmente   , normalmente para altas potencias  diseñados para reemplazar los viejos motores de  combustión diesel.

motor

En cuanto a motores intraborda resumidamente estas son algunas de  sus características:

  • Potencias :desde  6  a 100 HP
  • Alimentación : desde 36v hasta 144V
  • Corriente : desde 70 hasta 270Amps

Igualmente también existen motores fueraborda eléctricos en un abanico muchísimo mas amplio que los intraborda  dada su gran versatilidad . Como característica llamativa suelen  incorporar el controlador del motor( normalmente del tipo bruslless )  dentro de la propia carcasa y también suelen ser de menor potencia que los motores  intraborda. Incluso hay modelos que incluyen la bateria dentro del propio cuerpo del motor

La  potencia de propulsión de estos  motores  se suele medir  en empuje (Fuerza sobre el barco x velocidad del barco)   normalmente expresada en libras, siendo lo normal  valores desde  las 20 libras hasta las 90 libras o más.

Ademas del empuje medido en la hélice , es muy interesante  saber otras formas de medir la potencia:

  • Potencia de entrada:es la  potencia consumida por el motor  en watios siguiendo la fórmula de la potencia eléctrica P=V*I (intensidad x tensión) .  Para motores fueraborda de gasolina y motores fueraborda eléctricos convencionales no se suele indicar la potencia de propulsión pero este parámetro también puede determinarse para los motores fueraborda de gasolina (volumen de paso de gasolina x energía contenida en el combustible).
  • Potencia en el eje : es la potencia medida en el eje de la hélice .De hecho una  medida muy parecida usada  para la indicación de potencia de los motores fueraborda de gasolina  es el par motor x velocidad angular que se expresa en CV o en kW. No contempla las pérdidas de la hélice, que pueden oscilar entre el 30 y el 80%
  • Potencia de propulsión:indicación de la potencia en grandes embarcaciones (empuje x velocidad). Se expresa en CV o en kW  y contempla todas las pérdidas(incluidas las de la hélice), por lo que indica la potencia efectiva de un motor.

Una gran diferencia frente a los motores térmicos es que los motores eléctricos son capaces de alcanzar la misma potencia de propulsión que los de combustión con una potencia en el eje considerablemente menor porque  pueden propulsar las hélices de forma más eficiente debido a que ofrecen una excelente curva del par motor  en un intervalo más amplio del régimen de giro , por lo que son ideales para propulsar hélices con eficacia incluso en categorías bajas.
Esta cualidad permite a los motores eléctricos accionar las hélices –incluso en las gamas de potencia más bajas– de manera mucho más eficiente que los motores de combustión. Como consecuencia, es posible que el empuje de la hélice en las categorías bajas de CV sea el triple que el de un fueraborda de gasolina.

Sobre el modo  de calcular   la equivalencia en CV  aplicaremos la   formula de la potencia , dividiendo por el   equivalente a 1CV(763W)   ,multiplicando el resultado pro el rendimiento ( si se conoce)

Es decir por ejemplo para un motor de 12V que consume como máximo 80Amp, su potencia en CV seria:

P= V*I= 12 V x 80 A = 960 W

P(CV)=  960 W / 736 W/CV = 1,3 CV

Ese ultimo resultado se multiplicaría  por el rendimiento del conjunto el cual depende claramente de marca modelo del motor:

  • 44-56%  = motores eléctricos de alta eficiencia
  • 30-35%= motores eléctricos fueraborda convencionales
  • 18-22% =motores de pesca
  • 5-15% =motores fueraborda de gasolina

Elección de  la Batería

No se deben  usar  baterías de arranque de automóvil convencionales con  los  motores eléctricos  fueraborda pues las baterías de arranque están diseñadas para entregar la energía almacenada en breves descargas de alta intensidad  que se realizan de manera muy espaciada (justo en el arranque) . Si a una batería de arranque le solicitamos una entrega de por ejemplo, 25 A de manera continuada, esta batería no será capaz de entregarnos la energía que tiene acumulada (los amperios-hora) ya que esta entrega continuada la “asfixia” al cabo de un rato.

En   lugar  de usar  baterías convencionales de Pb , se deben usar  baterías de gel de plomo  o, mucho mejor de ciclo profundo, a ser posible de tecnología AGM, diseñadas para este tipo de trabajo,las cuales  sí serán capaces de entregar la intensidad     solicitada durante el tiempo previsto y durarán muchos ciclos de carga-descarga, las cuales las hace ideales para instalaciones solares  y para embarcaciones de recreo.

51AO+9H+NTL

Para calcular la intensidad en  amperios que consume su motor, se puede  usar la siguiente fórmula:

Empuje en libras / Voltaje del motor x 12 = Amperios que consume.

Por ejemplo para motores de 55 libras de empuje alimentados  a las tensiones de 12, 24 o 36  voltios  respectivamente  tendremos:

  • 55 libras de empuje /12 Voltios x 12 = 55 Amperios
  • 55 libras de empuje /24 Voltios x 12 = 27,5 Amperios
  • 55 libras de empuje /36 Voltios x 12 = 18,3 Amperios

Observe de estos datos una característica muy  interesante : para igual empuje si usamos tensiones mas altas  de alimentación  el consumo será menor

Es interesante destacar en este punto que aunque tengamos un motor de 55 libras de empuje, probablemente no lo vamos a usar continuamente al 100% de potencia, por lo que deberemos estimar el % de potencia media usada.

Asimismo en función del número de horas continuadas  que desea de autonomía,se puede calcular la batería necesaria siguiendo la siguiente formula:

Batería necesaria = consumo en amperios x % de potencia x horas de funcionamiento x 1,3

Por ejemplo: Con un motor que consume 55 Amperios, que usaremos a una media del 75% de su potencia y deseamos una autonomía de 3 horas necesitaremos una bateria de la siguiente capacidad:.

Capacidad= 55 A x 0,75 x 3 h x 1,3 = 160,88 Ah

Una ultima nota : Para mantener la capacidad de la batería y evitar estropearla, es importante recargar la batería antes de que se haya agotado completamente.

Elección del motor fueraborda electrico

A grandes rasgos , diremos que para mover una pequeña neumática de menos de cuatro metros,   con un motor eléctrico de hasta 40 libras nos bastaría. Podremos movernos con soltura incluso cargando la embarcación. Si la embarcación es mayor  como un velero de 6 o metros  o es una clásica de fibra, necesitamos los de mayores potencias para moverla sin problemas ( a mayor peso, más libras de empuje).

  • Motor de empuje de 18 libras es ideal para kayaks, canoas y bote a 6 ‘y se moverán
    a 3 o 4 mph en la mayoría de las condiciones
  • Motores de  40 libras  son ideales para el pescador en los barcos en lugares protegidos .Moverá la mayoría de los barcos pesqueros del tipo de la pesca en 3 a 4 mph en condiciones razonables
  • Motores  de 55 lb es na opción popular para los pescadores en aguas más grandes y da ese poquito extra de poder que puede ser requerido si el viento pica .Debe mover la mayoría de los barcos de tipo de pesca de tamañol 12 a 16 con una velocidad entre 4 o 5 mph en condiciones razonables
  • Motores de  62  lb es un nuevo tamaño de fueraborda y es  ideal para las aguas más grandes, el mar y la pesca más grande en barcos
  •  Los motores de 86  lb suelen ser de 24 voltios (2 baterias de 12 voltios en serie) y tienen un rango de usos comerciales y puede mover barcos grandes

Jago – Motor fueraborda eléctrico 86 lb – 2.050 kg

Como   ejemplo de motor fueraborda  de gran potencia a  un precio ajustado (140€en   Amazon)destaca  el modelo   86 LBS ETBM04-1BP  del fabricante Jago destacando por una gran  potencia de propulsión de aprox. 2050 kg( 86 libras ) .

La batería con el mismo rendimiento dura más tiempo gracias a la alta eficiencia energética del motor  ,el cual ademas puede ser monitorizado fácilmente gracias a que  lleva integrado un voltímetro con 10 LED .

El motor tiene 5 marchas hacia delante y 3 hacia atrás y se puede usar en aguas saladas pero es necesario limpiarlo minuciosamente después del uso .La hélice con profundidad de inmersión es  regulable y  la presión de la dirección también es regulable (la caja de control giratoria  rota 360º ).

También este motor  incluye sistema de inclinación rápida con  10 niveles de inclinación, ajusta el ángulo o eleva el motor sobre el agua

Resumiendo esta son las características mas destacables:

  • Tamaño (L/An/Alt): aprox. 58/19/130 cm
  • Tamaño del eje (L): aprox. 1016 mm
  • Peso: aprox. 10,27 kg
  • Voltaje: aprox. 24 V  
  • Propulsión/potencia: hasta aprox. 1.164 kW /aprox. 39,4 CV 
  • Potencia de propulsión: aprox. 2.050 kg
  • Caja de control: rota hasta aprox. 360º
  • 5 marchas hacia delante y 3 hacia atrás 
  • la velocidad de este motor se puede ajustar con más precisión que la del motor de combustión

Jilong  ETM 55 LBS 

Hablamos de un  potente motor eléctrico fueraborda   de un precio contenido ( su fabricación china lo delata) ,muy  ligero (unos 9kg ) , ideal para todas las embarcaciones de hasta 1800 kg de peso ( es decir valdria  para embarcacion  de 6 a 7mt)

Funciona con una batería de vehículo de 12 V AGM  (recomendación: mín. 80 Ah)

Cuenta con  5 marchas hacia adelante y 3 hacia atrás

Su punto fuerte es  una fuerza de empuje de 55 lbs (25 kp / 245 N)  con la que alcanzará su objetivo fácilmente

El bloqueo se lleva a cabo con 2 tornillos de tope y 2 tuercas de mariposa grande, de modo que no se precisa de herramientas para el montaje

yilon.png

Aunque puede ser discutible algunos aspectos  lo que es innegable que este modelo para la potencia que desarrollo pocos modelos encontremos en el mercado por ese precio pues este  modelo se puede conseguir  por  unos 250€ con gastos de envio incluidos  en Amazon.

Resumiendo esta son las características mas destacables:

  • Alimentación: 12 voltios
  • Consumo (potencia de entrada): 53 A
  • Potencia (potencia de salida): 636 vatio
  • Línea de producto: Jilong Watercraft
  • Potencia / fuerza de empuje:: 55 lbs
  • Control: One Hand Tiller Twist
  • Marchas: 5 hacia adelante / 3 hacia atrás

vidaXL  P37 86 libras (39 kg)

Este motor de arrastre es casi completamente silencioso y no contamina. Cada vez son más las áreas que permiten sólo a los barcos con motores eléctricos, por lo tanto, un motor eléctrico es la mejor opción.

Este silencioso motor fuera de borda tiene un empuje de 86 libras (39kg)  y una longitud del eje de 101,6 cm.

Se puede conectar fácilmente a la embarcación y conectado a una batería (no incluida) de  2 x 12V / 80A (gel o AGM), que será adecuada para unas 3-4 horas de navegación 

El motor cuenta con luces indicadoras de la batería, pudiendo ver cuando la batería está a punto de descargarse.

Otro aspecto es que el motor puede girar a 360 ° y tiene 8 velocidades diferentes, 3 de ellas inversas. Incluso para evitar problemas en aguas poco profundas, es posible plegar el motor, siendo ademas el mango de dirección ajustable.

vidaxl.png

Este modelo es uno de los mas caros de esta comparativa ( casi 300€) pero es importante destacar el acabado que  es  de los mas  destacado junto con su alta potencia de empuje

Resumiendo esta son las características mas destacables:

  • Longitud del eje: 101,6 cm
  • Fuerza de empuje: 86 libras (39 kg)
  • Motor giratorio a 360 grados: si
  • Número de velocidades de avance: 5
  • Número de velocidades inversas: 3
  • Potencia máx: 1152 W
  • Resistente a aguas saladas: si
  • Indicadores de batería: si
  • Conexión: 24 voltios

Bison –  (62 ft / lb 12v)

Este modelo aunque es de relativa media potencia  destaca  por su calidad  y  por incluir  2 hélices ( es decir lleva una hélice  de repuesto)

Cuenta con 5 marchas adelante y 3 marcha atrás sin engranajes.

Presume de estar fabricado en UK de modo que según el fabricante hablan de que es  prácticamente indestructible gracias a la  composición del eje más fuerte que el acero y que ademas flexiona en caso de impacto

Incluye un tratamiento de anticorrosión

Sobre el soporte del motor lleva e bloqueo de la palanca duradero (NO se   rompe, no se retuerce ni se oxida)  dos veces más fuerte que los soportes convencionales.

Cuenta con la función » soower Prop»   de  diseño patentado que sirve pora alejar embolsamientos o malas hierbas sin agotar la valiosa energía.bison.png
Resumiendo esta son las características mas destacables

  • Mount: Bloqueo de la palanca soporte espejo de popa ajustable
  • Control: ext Twist timón
  • Empuje Max: 62Lb/28 kg)
  • Max Amp Draw: 58 Amperio
  •  Tension alimentacion s: 12 V
  • Marchas: 5 adelante y 3 marcha atrás
  •  Peso: 12 kg

Y por cierto en este vídeo se puede ver el motor en acción

Electrónica de una CNC


Cada  vez se  nos pone mas sencillo    interactuar con  el mundo físico , no solo desde el punto de vista  de complejidad, sino también debido a  la  simplicidad  conseguida gracias a  la elevada miniaturización, lo cual  que  se suele traducir en precios muy bajos y diseños sencillos, especialmente  en la parte de la electrónica necesaria.

Como ejemplo usando Arduino se pueden construir muchos tipos de proyectos CNC  gracias al ingenio de muchas personas  así como la ayuda de  la electrónica necesaria  que puede condensarse   simplemente en este escudo   con el que se   pueden  controlar  por medio de un Arduino   3 motores paso a paso gracias a que los propios  módulos de controladores pueden  insertarse en cada zócalo  proporcionando así  la capacidad al eje motor de impulsión 3 motores  paso a paso (X, Y y Z).

cnc_shield_v3_2

En este escudo  para Arduino,  los motores paso a paso se pueden conectar con conectores molex de 4 pines o también se  pueden soldar los cuatro  hilos de cada motor directamente al conector  en su lugar

A propósito de las conexiones soldadas del motor  : la conexión o desconexión de los cables de un motor paso a paso mientras el driver  está alimentado puede destruir al driver  (por ejemplo   soltando por accidente algún hilo, cruzando  entre si  hilos , etc) así que es buena idea que los cables de los  motores estén sólidamente  conectados a la placa.

Asimismo al  igual que otras controladoras, esta placa se alimenta aparte de la fuente de Arduino con una tensión continua entre 12-36V DC.  En este punto es de destacar que por el momento sólo los controladores DRV8825 pueden manejar hasta 36V , por lo que considere un  voltaje de funcionamiento menor  para  alimentar al escudo.

Respecto a los drivers de cada motor como se puede ver en la foto , son enchufables   para facilitar su remplazo en caso de avería o fallo  y   están basados en  controlados de motores paso a paso del tipo   A4988  o DRV8825. Cada driver incluye puentes para configurar el Micro-Stepping para los controladores paso a paso con cinco modos de paso seleccionables: full, 1/2, 1/4, 1/8 y 1/16. (algunos controladores como el DRV8825 pueden hacer hasta 1/32 micro-stepping)

Resumidamente estas son las características de este nuevo escudo controlador multi-driver:

  • Compatibilidad con Arduino GRBL
  • Baja salida RDS (On)
  • Se puede utilizar para una máquina de grabado
  • Es compatible con GRBL 0.9 (Firmware de código abierto que se ejecuta en un Arduino UNO que convierte los comandos de código G en señales para  los motores paso a paso)
  • Soporte de 4 ejes (X, Y, Z, A-Puede duplicar X, Y, Z o hacer un 4to eje completo con firmware personalizado usando los pins D12 y D13)

 

En la siguiente imagen  de un Arduino  vemos la correspondencia con los pines del escudo para el control de los tres motores:.

cnc_shield_v3_3

 

Excepto todos los pines  citados ,  este escudo ( Arduino CNC Shield V3.0 ) contiene otros pines que admiten más funciones:

Arduino-CNC-Shield-Scematics-V3.XX_

Arduino-CNC-Shield-V3-Layout

Las funciones de los pines extras son los siguientes:

  • Interruptor de límite de pines ha sido duplicado por que cada eje tenga un «Top / +» y «fondo /-«. Esto hace más fácil de instalar dos interruptores de límite para cada eje.(usar con un interruptor normalmente abierto)
  • EStop – estos pines se pueden conectar a un interruptor de parada de emergencia. Esto hace lo mismo que el botón RESET en la placa Arduino. ( también puede ser instalado un botón adicional de emergencia que corta la corriente a toda la maquinaria. )
  • Control del husillo y el refrigerante tiene sus propios pins.
  • Comando Pin externos GRBL  se han quitado lo que le permite añadir botones de pausa/espera, reanudar y abortar.
  • Los pines serie (D0-1) y  los de I2C (A4-5) tienen su propia salida   para futuras ampliaciones. Por ejemplo  I2C se podría implementar software para  controlar cosas como la velocidad del huso o control del calor.
  • Versión 3.00 añadió unos jumpers para configurar el eje 4 (clon el otro eje o pin D12-13), comunicaciones (RX+TX, I2C) y una cabecera de control paso a paso (todos los pines necesitan para ejecutar 4 steppers)

Instalación de hardware

Se deben observar las siguientes advertencias:

  • Inversión de la polaridad de la alimentación o conectar incorrectamente la energía destruirá el  escudo
  •  Siempre asegúrese de insertar conexiones en la a orientación correcta y en la toma adecuada  correctamente
  • El escudo de CNC Arduino es compatible con fuentes de alimentación hasta 36V. Eso significa que todos los drivers de chip paso a paso NO se deben alimentar con  ese valor pues  controladores A4988  no están diseñados para funcionar a 36V de modo que si lo alimenta con ese valor  puede destruirlos.  Alimentación de  36V son para los drivers  como la Pololu DRV8825 que pueden funcionar con + 36V

ESQUEMA CONEXIONES PARA MODULO A4988

A4988

ESQUEMA CONEXIONES PARA MODULO DRV8824/DRV8825

DRV8825

ESQUEMA CONEXIONES PARA MODULO TMC2100

TMC2100

Instalación del software

1) Obtener código GRBL en Arduino

Descargar el código GRBL desde enlace:grblmain.zip descomprimir el archivo y copiar a la carpeta de las bibliotecas de arduino IDE, haga clic en abierto arduino IDE File -> ejemplos -> grblmain -> GRBLtoArduino, elegir la mesa correcta y COM, luego cargar el código de GRBLtoArduino a UNO

2) Instalar software de controlador grbl

Descargar software de controlador grbl desde enlace:GrblController.exe , descarga e instala, abra el software de controlador grbl como sigue

grblcontroller361 (2)

Conectar el  Arduino UNO al PC con cable USB, seleccione el puerto correcto, ajustar la velocidad de Baute como «9600», haga clic en «Abrir», una vez conectado, el botón «Abrir» cambiará a «Cerrar/Reset» con color de fondo rojo. Haga clic en «seleccionar archivo» para seleccionar el archivo, haga clic en «Begin» para empezar a  el grabado  (si  es que los motores están configurados en una maquina CNC   al que se haya acoplado un diodo láser  como por ejemplo esta maquina hecha con piezas de CD’s )