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Calculadora para estimar eficiencia potencia y par

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opqa


He hecho una hoja de excel para estimar la potencia, eficiencia y par de nuestro motor partiendo de datos que podemos medir con una prueba casera. Es la misma hoja que he utilizado para el kit Diamond en otro hilo.

Antes tengo que avisar de varias cosas:

-Los cálculos que hace la hoja parten de un modelo supersimplificado de motor que no tiene en cuenta miles de cosas que hay que tener en la realidad, así que no esperéis datos precisos. En mi caso concreto me da una estimación para el par mas pequeña de lo que luego es capaz de desarrollar (midiéndolo también de forma casera).

-Hay un simulador de motores en la página ebikes.ca/simulator que da la misma información que esta hoja (y más), pero de forma mucho mas fiable y precisa, utilizando datos experimentales y contrastados que ellos mismos han medido. Lo que pasa es que sólo funciona con los motores que ellos han probado y que están en el desplegable de la izquierda. Si encuentras tu motor en esa lista ni te molestes en hacer esta prueba. Por otro lado, si encuentras estos datos medidos por el fabricante de tu motor también serán mucho más precisos que esta prueba.

-Durante la prueba hay que ir frenando la rueda mientras se acelera a tope. Esto somete al motor, los engranajes y la horquilla del cuadro a un estrés mecánico que puede llegar a ser perjudicial o incluso estropearlos, mejor no lo hagas si no tienes una horquilla de acero o si no tienes mucha confianza en la mecánica de tu motor. Avisados estáis, si decidís hacer la prueba que sea bajo vuestra responsabilidad.

Ahora las intstrucciones para realizar la prueba en sí, primero necesitamos:

-Poner la bici boca abajo para que la rueda que tiene el motor quede al aire y pueda girar libremente.

-Tener los frenos y la llanta bien centrados para que la frenada sea lo más simétrica posible. Tampoco sería mala idea aflojar el freno (desde la maneta mismamente), para que el tacto sea mas suave y la frenada más debil, sobre todo para la segunda parte de la prueba (para la primera el freno tiene que ser capaz de detener completamente el motor así que tampoco puede estar muy flojo).

-Un polímetro o medidor de consumo de corriente y voltaje capaz de medir al menos tantos amperios como límite tenga vuestro controlador. Para medir voltaje habrá que conectarlo en paralelo a la batería, preferiblemente en los contactos del mismo controlador. Para medir intensidad habrá que conectarlo en serie a uno de los cables de la batería y usar cables de al menos la misma sección que los de la instalación.

-Un velocímetro en la rueda que tenga el motor ajustado para medir la velocidad en km/h, no importa que perímetro de rueda tengas configurado, pero es mejor si sabes el número exacto porque luego te hará falta para introducirlo como dato en la hoja de excel.

-Es mejor hacer la prueba con la batería cargada al 80% o 90% para que el voltaje permanezca lo más estable posible durante la prueba. No recomiendo ponerla cargada al 100% porque normalmente a esa carga el voltaje empieza muy alto pero enseguida cae a poco que la uses.

Dicho esto, aquí van las instrucciones para realizar la prueba:

PRIMERA PARTE:

-Acelera a tope con la rueda girando libremente y apunta el voltaje y los amperios que circulan por el controlador en esas condiciones, apunta también la velocidad que alcanza la rueda.

-Acelera y frena a tope al mismo tiempo sin dejar que el motor se mueva (esto puede ser perjudicial tanto para el motor como para la horquilla así que hazlo durante el menor tiempo posible), mide el votaje y los amperios y apúntalos. En estas condiciones los amperios serán la corriente máxima que permite el controlador Imax.

SEGUNDA PARTE:

-Ahora se trata de sacar una curva de consumo del motor apuntando parejas de puntos velocidad-consumo siempre acelerando a tope (puedes apuntar también el voltaje si lo estás midiendo al tiempo pero no es necesario para la hoja de excel).
El primer punto ya lo tenemos de la primera parte, con la rueda girando libremente, así que ahora afloja el freno y ves frenando la rueda poco a poco sin dejar de acelerar hasta que consigas estabilizar la rueda a una velocidad inferior. Cuando tengas una velocidad estabilizada, apúntala junto con los amperios que corresponden a esa velocidad, repite el paso intentando conseguir velocidades cada vez mas bajas. ¿Hasta cuando? Hasta que veas que los amperios alcanzan la limitación del controlador Imax, en ese punto puedes dejar de tomar datos, por mas que frenes la intensidad no subirá mas.

Una vez hecho esto podemos pasar a rellenar la hoja de cálculo, instrucciones para hacerlo:

-Sólo hay que rellenar datos en las dos columnas de mas a la izquierda, el resto son los cálculos y estimaciones que hace la hoja, de arriba a abajo:

-El primer dato es el perímetro de la rueda en metros, sirve para pasar de kilómetros/hora a velocidades angulares, y es mejor si coincide exactamente con lo que hayas puesto en tu velocímetro, si no sabes lo que tienes puesto 2,1 es una buena estimación.

-El segundo dato es el voltaje de la batería, una de las simplificaciones mas gordas de esta hoja es que no tiene en cuenta la resistencia interna de la batería, que provoca que el voltaje no permanezca constante durante la prueba. Lo ideal sería hacerla con el controlador conectado a una fuente de alimentación, pero como normalmente no habrá ninguna por casa, lo que sugiero es poner la media de los dos voltajes medidos en la primera parte de la prueba. Si has medido por ejemplo 40 voltios con la rueda girando libremente y 36 con la rueda totalmente frenada puedes poner 38.

-El tercer dato es la corriente máxima Imax que permite el controlador, medida también en la primera parte de la prueba.

-El cuarto dato es la corriente que circula con la rueda girando libremente.

-Debajo de estos datos empieza a meter los puntos velocidad-intensidad que has medido en la segunda parte de la prueba, empieza con el dato de la rueda girando libremente y termina en el último punto en el que la intensidad aún está por debajo de la corriente máxima. Es mejor no intentar medir (o no introducir al menos) la velocidad a la que se alcanza la corriente máxima porque es fácil estimarla a la baja y podría alterar la línea.

Que calcula esta hoja:

Insisto en que el modelo de motor que utiliza esta hoja es hipersimple, no tiene en cuenta ni la resistencia interna de la batería, ni la del controlador, ni la caída de potencial en el diodo freewheel del mismo, ni el efecto de la temperatura en la resistencia, ni muchas otras cosas que sí tienen en cuenta simuladores mas completos como el de ebikes.ca por ejemplo. El torque de arrastre del motor sólo se tiene en cuenta en el intervalo que va desde la velocidad a la que empieza a descender la intensidad hasta la que alcanza la rueda girando libre, y se presupone que va aumentando de forma lineal con la velocidad (siendo cero en la velocidad a la que empieza a disminuir la intensidad, lo cual evidentemente no es cierto).

Dicho esto, esta hoja estima, arriba a la derecha:

-La K del motor en V/(rad/s) (Voltios/velocidad angular) o Nm/A (Newtons·metro/amperios).
-La resistencia interna R del motor en ohms.

Y en la tabla gorda de debajo estima, suponiendo siempre que estamos acelerando a tope y sin pedalear, los siguientes parámetros para distintas velocidades:

Velocidad,velocidad angular,Intensidad si el controlador no tuviera limitación, Intensidad con la limitación aplicada, Par (en newtons·metro), Potencia mecánica que desarrolla el motor, Potencia eléctrica que se consume de la batería y eficiencia en tanto por ciento (multiplicado por 10 para ajustarlo a la misma escala que la potencia)

A la derecha hay dos gráficas, una con la potencia mecánica y la eficiencia en función de la velocidad, y la otra del par en función de la velocidad.

Un dato interesante es el máximo par que ejerce el motor a velocidad 0. Esto se puede medir también de forma casera y comprar con el cálculo de la hoja para ver como de inexactos son los datos de la hoja.

Por último he aquí la hoja prometida, que la disfrutéis (o no):

rapidshare.com/files/3978867846/Calculadora_potencia_eficiencia_par.xlsx

Sebibike

Sebibike
Muchas gracias por el aporte king



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