Este post se va dirigido especialmente a aquell@s que estais visitando mi blog y que estais pensando en contruir vuestro propio dron. Aquí voy a explicar los pequeños conocimientos que tenemos sobre cada uno de los componentes del dron.
MOTORES:
Un dron se puede volar con varios tipos de motores, pero los más usados, sobre todo a partir de la calidad media, son los motores Brushless.
Estos motores se caracterizan por no emplear escobillas para realizar el cambio de polaridad en el rotor, de ahí su nombre en inglés. Esto es fundamental en pequeños aparatos voladores por aumentar enormemente la eficiencia al disminuir el rozamiento.
Antes de empezar a comprender como funciona este tipo de motores debemos saber como funciona un motor de corriente continua convencional. Es de esperar que si has llegado hasta aquí es porque ya lo sabes, sino simplemente puedes recurrir a Internet.
¿Cómo los hacemos girar?
El elemento que controlará el giro del motor es externo a él, se conoce como ESC (Electronic Speed Controller). Estos ESC deben controlar el giro del motor sea cual sea la posición del rotor en cada momento, para hacer que la corriente que le llegue sea la adecuada para provocar el movimiento de rotación que le corresponde. El ESC es capaz de hacer esto, gracias a unos sensores en el motor, o bien debido a el análisis de la respuesta obtenida de como se comporta la corriente en el motor. Debido a esto los ESC deben analizar la respuesta y datos de funcionamiento del motor en tiempo real.
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| Este es el motor que hemos utilizado, con su respectivo ESC |
Como se ve en la imagen los motores brushless tienen un indicativo kV, en el caso de los que nosotros usamos 1000kV.
La constante kV
Este dato indica la cantidad de vueltas (RPM) que da el motor por cada voltio de corriente que se aplica sobre el ESC. Pongamos un ejemplo, si a un motor de 1000kV le suministramos 11,1 V, funcionará como máximo a 11100 RPM (con el ESC se puede variar a nuestra conveniencia). Esta velocidad es la velocidad nominal y nunca subirá más velocidad a no ser que aumentemos la tensión.
BATERÍAS:
Una batería no es más un componente que almacena energía eléctrica y la libera cuando se la solicitamos. No obstante, existen varios tipos. Primero voy a hacer un breve recorrido por los diferentes tipos de baterías existentes en el mercado, y más tarde detallaré la mejor opción para un dron.
- Baterías de plomo ácido: Son las más antiguas, pesadas, pero duran mucho tiempo y son 90% reciclables. Se usan en coches.
- Baterías de Níquel-Cadmio: Son muy contaminantes, y por eso en la UE están prohibidas. Gran capacidad de recarga.
- Baterías de Níquel-hidruro metálico: Sustitución moderna de las anteriores, pero siguen teniendo efecto memoria. Utilizadas en coches.
- Baterías de Litio-ion: Gran capacidad energética, no tienen efecto memoria, pero se sobrecalientan. Utilizadas en aparatos electrónicos portátiles.
- Baterías de Litio-Polímero: variante de las anteriores que se ha cambiado el electrolito por un polímero. Gran densidad de almacenamiento, pero inestables si se sobrecalientan, o si si sobre descargan. Aún están en desarrollo.
- Baterías Zebra: Necesitan aislarse al vacío para funcionar, pero pueden trabajar a altas tensiones o bien almacenar mucha energía. Su producción es escasa.
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| Batería LiPo 3S 2200mAh |
La mejor opción para una aeronave es una del tipo Litio-Polímero (LiPo), debido a su enorme densidad de almacenamiento (mucha energía con poco peso). Lo único que debemos vigilar es que no se caliente demasiado (no suele haber problemas al estar las hélices cerca), y que no se sobredescargue (debemos programar adecuadamente el procesador, para que nos avise y deje de funcionar).
Celdas:
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| Una celda LiPo, fuera de una batería. |
Este tipo de baterías están formadas por celdas de 3,7V, para conseguir mayor tensión se conectan en serie (dentro de la batería). El numero de celdas se denomina con la letra S.
1S - 3,7V
2S - 7,4V
3S - 11,1V
4S - 14,8V
Capacidad:
Las LiPo también tienen otro indicador, la capacidad, en miliamperios hora (mAh). De esto modo si queremos obtener más amperaje reduciremos el tiempo de descarga, es decir, de autonomía. Si a una batería de 4000mAh, le solicitamos 8A, tendrá una duración de 30 minutos, y así sucesivamente.
Los motores que elegimos necesitan entre 10 y 12 voltios para trabajar, así que elegimos una de 3S (11,1 V). Como el presupuesto es reducido nos decantamos por una de 2200 mAh.
Tasa de Descarga "C":
Este valor indica la rapidez con que una batería puede ser descargada de forma segura. Cuánto más rapido los iones fruyen del ánodo al cátodo mayor será la tasa de descarga. Se denomina con la letra "C"
Una batería de 10C se descarga a un ritmo máximo de 10 veces más la capacidad de la batería, y así sucesivamente.
¿Cómo cargar una batería LiPo?
Este tipo de baterías se cargan por celdas. Inicialmente estas son de 3,7V, pero al alcanzar los 4,2V ya están cargadas a su máximo. Si se cargan de más es muy probable que se incendien. Por lo tanto necesitaremos un cargador inteligente que se desconecte al alcanzar este valor.
Un cargador inteligente realiza su función siempre y cuando seleccionemos bien que tipo de batería estamos cargando.
La mayoría de estos cargadores utilizan un método de corriente constante/voltaje constante. Esto viene a decir que la corriente es constante en el primer ciclo de carga. A medida que la tensión se acerca al 100%, el cargador reducirá automáticamente la corriente de carga y a partir de ahora aplicará una tensión constante. El cargador dejará de cargar cuando el voltaje de carga sea igual al que hemos programado.
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| Cargador |
También mencionar que la corriente máxima de carga no sea superior a 1 vez su capacidad. Es decir a una batería de 1500 mAh, no se deberá suministrar una intensidad superior a 1500mA.
Los problemas al cargar estas baterías no acaban aquí. Es imprescindible que todas las celdas se carguen por igual. En caso contrario veamos el ejemplo de una batería 3S que ha alcanzado los 12,6V, pero que tiene dos celdas infracargadas a 4,1 V, la celda restante se habrá cargado a 4,4V es decir se habrá sobrecargado y puede prender.
Para evitar esto debemos someter a la batería a un equilibrado. Este proceso asegura que la carga de todas las celdas sea la misma y que la batería no se dañe. El equlibrado se realiza gracias a un balanceador.
Por lo tanto para cargar este tipo de baterías se necesita un cargador inteligente (para que se desconecte automáticamente) y además balanceado (para realizar el equilibrado)
Como resumen, los principales enemigos de las baterías LiPo son: el calor, la sobre descarga/carga y el equilibrio inadecuado.
CONTROL RC:
Un sistema RC es aquel que se controla de
forma remota, de ahí sus siglas en inglés, Remote
Control.
Todos los sistemas radiocontrol del mundo constan de una emisora y un receptor. Es lógico, pues el objetivo del sistema es controlar un aparato a distancia, hacer que ese aparato reciba los datos que nosotros le enviamos; es como si estuviéramos sobre él.
La emisoras que nosotros utilizamos cuentan con
unas "palancas", que mediante un control electronicos dan un valor de 1000 a 2000 pulsos por segundo, estos son transmitidos a
través de una onda de 2,4Ghz.
Estas ondas son
recibidas por un receptor montado en el aparato.
El cual decodifica esta señal y envia a través de sus pines de salida la misma señal que se ha generado en la emisora. A través de un cable de servo (u otro cable de señal), llega hasta el procesador.
El número de "potenciómetros" que posee una emisora se corresponde al número de canales. Esto es, el numero de valores que el sistema es capaz de intercambiar al mismo tiempo.
Para el caso de un dron
lo mínimo que se puede usar es una emisora de 4Ch, así que como nuestro
presupuesto es limitado nos decantamos por ella. Pero si se disponen de más canales se pueden controlar más cosas, como armado sin sticks o cambio de modo de vuelo en el aire.
A continuación recojo las especificaciones concretas de cada componente que usamos:
