Quando começamos a montar ou modificar um carrinho, lancha ou barco de controle remoto, cedo ou tarde aparece uma peça extremamente importante no sistema:
o ESC — Electronic Speed Control, ou controlador eletrônico de velocidade.
É ele que permite controlar eletronicamente a velocidade do motor a partir dos comandos enviados pelo rádio.
Mas existe uma situação em que precisamos prestar atenção a outra característica do ESC.
Água.
Em uma lancha RC isso é bastante óbvio. O modelo está literalmente navegando sobre a água.
Em um carrinho off-road, talvez não exista um lago ao redor, mas temos poças, lama, grama molhada e outras situações em que a eletrônica pode acabar recebendo respingos.
Por isso existem ESCs resistentes ou à prova d’água, desenvolvidos justamente para aplicações em que o equipamento pode acabar molhado. No artigo original, mostro um ESC desse tipo e explico também uma diferença fundamental: existem modelos específicos para motores escovados (brushed) e outros para motores sem escovas (brushless).
Antes de tudo: para que serve o ESC?
ESC significa:
Electronic Speed Control
ou:
controlador eletrônico de velocidade.
Sua função principal é controlar a energia entregue ao motor de acordo com aquilo que comandamos através do transmissor.
Podemos imaginar:
Transmissor → Receptor → ESC → Motor
Movemos o acelerador no rádio.
O receptor recebe essa informação.
O ESC interpreta o comando.
E controla eletronicamente o motor.
Assim podemos acelerar progressivamente em vez de trabalhar apenas com:
motor desligado
ou
motor ligado.
Em um motor escovado, o ESC não é obrigatório apenas para fazê-lo girar
Essa é uma diferença importante que expliquei no artigo original.
Um motor DC com escovas pode ser conectado diretamente a uma fonte adequada e começar a girar.
Nesse caso, entretanto, teremos basicamente duas situações:
alimentação → motor ligado
sem alimentação → motor desligado
Se quisermos controlar sua velocidade eletronicamente pelo rádio, então utilizamos um ESC apropriado para motor brushed.
Com motor brushless a situação é diferente
Um motor brushless não funciona simplesmente conectando dois fios diretamente a uma bateria.
A própria construção do motor exige que seus enrolamentos sejam acionados segundo uma determinada sequência.
É o ESC que realiza essa comutação eletrônica.
Podemos pensar de maneira simplificada:
bateria → ESC brushless → sequência de acionamento das fases → motor
É justamente por isso que um ESC brushless possui uma eletrônica mais complexa do que simplesmente uma chave liga/desliga.
Como saber se o ESC é para motor brushed ou brushless?
Existe uma dica visual extremamente simples que apresentei no artigo original:
observe os fios que saem do ESC em direção ao motor.
Se existem dois fios para o motor, normalmente estamos diante de um ESC destinado a motor escovado.
Se existem três fios para o motor, estamos diante de um ESC para motor brushless.
Isso acontece justamente por causa da diferença de funcionamento entre esses motores.
Motor brushed: dois fios
Um motor DC escovado convencional possui:
terminal positivo
e
terminal negativo.
Aplicamos tensão.
Ele gira.
Invertemos a polaridade.
Ele gira no sentido contrário, quando a aplicação e o controlador permitem essa operação.
Por isso encontramos dois fios entre o ESC brushed e o motor.
Motor brushless: três fios
No brushless normalmente encontramos três conexões entre ESC e motor.
Podemos chamá-las de fases.
O ESC precisa energizar essas fases de maneira coordenada para produzir o campo magnético necessário à rotação.
Por isso temos:
ESC → fio 1
ESC → fio 2
ESC → fio 3
ligados ao motor.
Essa é uma maneira muito rápida de diferenciar visualmente os dois sistemas.
Posso usar ESC brushed em motor brushless?
Não.
Da mesma maneira, um ESC brushless convencional não deve ser escolhido para controlar um motor brushed simplesmente porque possui capacidade de corrente suficiente.
A tecnologia precisa ser compatível.
Antes de comprar ou instalar o ESC, portanto, a primeira pergunta é:
qual é o tipo do meu motor?
Brushed?
Ou brushless?
Só depois começamos a analisar as outras especificações.
Por que utilizar um ESC à prova d’água?
Foi justamente essa a questão central do artigo original.
Alguns veículos RC trabalham em ambientes onde existe grande possibilidade de contato com água.
Dois exemplos muito claros são:
barcos e lanchas RC
e
carrinhos off-road.
Nesses casos, faz sentido utilizar um ESC projetado para suportar esse tipo de ambiente. Existem versões resistentes à água tanto para motores brushed quanto para brushless.
Em uma lancha, água dentro do casco pode acontecer
Idealmente, queremos manter o interior do barco seco.
Mas na prática pequenas quantidades de água podem aparecer.
Pode entrar água:
pelo eixo;
por uma tampa mal vedada;
durante uma curva;
por respingos;
ao retirar o modelo do lago;
por alguma falha na vedação.
Por isso, utilizar componentes adequados ao ambiente aumenta a margem de segurança do projeto.
Em um carrinho off-road o problema é diferente
O carrinho não está navegando.
Mas imagine utilizá-lo depois da chuva.
Temos:
poças;
lama;
terra molhada;
grama;
respingos produzidos pelas próprias rodas.
Um ESC exposto pode receber água.
É exatamente por isso que ESCs resistentes à água são interessantes também no automodelismo off-road, como destaquei originalmente.
“À prova d’água” não significa que devemos mergulhar tudo
Esse cuidado é importante.
Mesmo quando um fabricante classifica determinado ESC como waterproof, precisamos verificar exatamente o nível de proteção informado para aquele produto.
Resistir a respingos, chuva ou água dentro do casco não significa automaticamente que o equipamento possa ficar submerso indefinidamente.
Além disso, existem outras partes do sistema.
Receptor.
Conectores.
Chaves.
Servos.
Bateria.
Fiação.
O ESC ser resistente à água não transforma automaticamente todo o sistema RC em um sistema à prova d’água.
O receptor também precisa de atenção
Imagine instalar um ótimo ESC resistente à água em uma lancha e deixar o receptor completamente exposto no fundo do casco.
Se entrar água, talvez o ESC sobreviva e o receptor não.
Portanto, devemos pensar no sistema como um todo.
Uma solução bastante comum é instalar o receptor em uma região protegida ou utilizar uma caixa adequada à aplicação.
Os conectores continuam sendo pontos vulneráveis
Também precisamos pensar nos terminais.
Um ESC pode possuir eletrônica protegida, mas ainda temos conexões para:
bateria;
motor;
receptor;
eventuais acessórios.
Água, umidade e resíduos podem favorecer oxidação e mau contato ao longo do tempo.
Depois de utilizar o modelo em ambiente molhado, vale inspecionar e secar adequadamente o conjunto.
Agora vem outra pergunta: quantos amperes deve ter o ESC?
Saber que precisamos de um ESC brushed ou brushless ainda não é suficiente.
Também precisamos verificar sua capacidade elétrica.
Um ESC pode ser especificado, por exemplo, para determinada corrente máxima.
Essa capacidade precisa ser compatível com o motor e com as condições reais de utilização.
E aqui aparece um erro bastante comum:
olhar apenas para a corrente que o motor consome girando livremente.
Um motor pode consumir muito mais quando está sob carga
Imagine medir um motor sobre a bancada sem nada conectado ao eixo.
Ele gira facilmente.
A corrente pode ser relativamente baixa.
Agora coloque:
engrenagens;
rodas;
hélice;
peso;
resistência da água.
O motor precisa produzir torque.
A corrente aumenta.
E existe uma situação ainda mais crítica:
motor travado.
A corrente de stall pode ser muito maior do que aquela observada durante funcionamento normal.
Por isso o ESC precisa ser dimensionado considerando a aplicação real.
Em barcos, a hélice influencia diretamente
Uma hélice inadequada pode sobrecarregar o motor.
Por exemplo, aumentar demasiadamente o diâmetro ou o passo pode exigir mais torque.
Mais esforço mecânico pode significar maior corrente.
Maior corrente significa mais trabalho para:
motor;
ESC;
bateria;
fiação;
conectores.
Por isso não devemos analisar o ESC isoladamente.
ESC e motor precisam formar um conjunto
Uma maneira melhor de pensar é:
bateria → ESC → motor → transmissão/hélice
Todos precisam ser compatíveis.
A bateria precisa fornecer energia suficiente.
O ESC precisa suportar tensão e corrente.
O motor precisa trabalhar adequadamente naquela tensão.
A carga mecânica precisa ser coerente com o motor.
É um sistema.
A tensão da bateria também precisa ser compatível com o ESC
Não basta verificar amperagem.
ESCs possuem uma faixa de tensão de operação.
No modelismo isso aparece frequentemente como número de células LiPo suportadas.
Por exemplo:
2S;
3S;
4S;
6S.
Os valores variam conforme o equipamento.
Precisamos respeitar aquilo que o fabricante especifica.
O que significa 2S ou 3S?
Uma célula LiPo possui tensão nominal aproximada de:
3,7 V.
Então:
2S → 7,4 V nominal
3S → 11,1 V nominal
Mas completamente carregadas as células chegam aproximadamente a 4,2 V.
Assim:
2S → 8,4 V carregada
3S → 12,6 V carregada
É essa tensão máxima que os componentes também precisam suportar.
Não escolha o ESC olhando apenas para o número grande escrito na etiqueta
É comum vermos:
30 A;
60 A;
120 A;
ou valores ainda maiores.
Mas esse número sozinho não diz tudo.
Precisamos verificar as condições em que aquela corrente é especificada.
Além disso, características como:
refrigeração;
tensão;
tipo de motor;
corrente contínua;
corrente de pico;
BEC;
programação;
reverso;
proteções
podem ser importantes dependendo da aplicação.
O que é o BEC do ESC?
Muitos ESCs utilizados em modelismo possuem um circuito chamado BEC — Battery Eliminator Circuit.
Ele permite obter uma tensão adequada para alimentar outros componentes do sistema, normalmente receptor e servos, dentro de suas especificações.
Assim, podemos ter:
bateria → ESC
e dentro do conjunto:
ESC/BEC → receptor → servo
Isso evita, em muitas instalações, a necessidade de uma bateria separada apenas para o rádio.
O fio que vai para o receptor tem outra função
Além dos fios grossos ligados à bateria e ao motor, normalmente existe um cabo menor que vai para o receptor.
Esse cabo permite que o ESC receba o comando enviado pelo rádio.
Dependendo do sistema, também pode transportar a alimentação fornecida pelo BEC para o receptor.
Portanto, o ESC está simultaneamente relacionado a dois mundos:
controle
e
potência.
O receptor diz quanto acelerar
Movemos o gatilho ou stick no transmissor.
O receptor recebe o comando.
Envia o sinal ao ESC.
O ESC altera o acionamento do motor.
Assim conseguimos algo muito diferente de simplesmente conectar o motor diretamente à bateria:
controle proporcional de velocidade.
Esse é o verdadeiro papel do Electronic Speed Control.
Como o ESC controla a velocidade de um motor brushed?
Em vez de simplesmente reduzir a tensão de maneira ineficiente através de uma grande resistência, controladores eletrônicos podem utilizar chaveamento rápido.
Uma técnica muito conhecida é o PWM — Pulse Width Modulation.
O motor recebe pulsos de energia em alta velocidade.
Variando a proporção entre tempo ligado e desligado, alteramos a potência média entregue.
Duty cycle ajuda a entender o PWM
Imagine um sinal que fica:
metade do tempo ligado;
metade desligado.
Temos aproximadamente 50% de duty cycle.
Agora:
80% ligado;
20% desligado.
Temos maior energia média entregue à carga.
Esse conceito aparece em vários controles de motores.
No ESC real, naturalmente, a eletrônica pode ser mais sofisticada.
No brushless, o ESC faz ainda mais
Além de controlar a potência, ele precisa realizar a sequência de comutação das fases do motor.
É justamente por isso que o brushless depende do controlador para funcionar.
O ESC precisa determinar como energizar os enrolamentos ao longo da rotação.
Por isso, apesar de chamarmos os dois equipamentos de ESC, o circuito destinado ao brushless possui necessidades diferentes daquele usado em um motor brushed.
E se o motor brushless girar ao contrário?
Em muitos conjuntos brushless sensorless usados no modelismo, uma maneira comum de inverter o sentido de rotação é trocar entre si dois dos três fios que ligam o motor ao ESC.
Por exemplo:
A → A
B → B
C → C
troque para:
A → B
B → A
C → C
e o sentido pode ser invertido.
Naturalmente, devemos seguir as instruções do fabricante do conjunto utilizado.
Em um brushed, inverter polaridade inverte o sentido
No motor DC escovado convencional, o princípio é mais simples.
Invertemos a polaridade aplicada ao motor e seu sentido de rotação é invertido.
Um ESC brushed com função de reverso faz eletronicamente essa inversão.
Isso é particularmente importante em:
carrinhos;
rebocadores;
barcos em que desejamos marcha à ré.
Nem todo ESC de barco precisa necessariamente ter ré
Em uma lancha de alta velocidade, talvez a marcha à ré não seja essencial.
Em um rebocador RC, pode ser extremamente importante.
Imagine fazer manobras lentas próximas ao cais.
Queremos:
frente;
parar;
ré.
Portanto, além de verificar se o ESC é brushed ou brushless, precisamos analisar como pretendemos utilizar o modelo.
Refrigeração é muito importante em lanchas
ESCs dissipam calor.
Quanto maior a potência do sistema, mais importante se torna controlar a temperatura.
Em aplicações de nautimodelismo de maior potência, podemos encontrar ESCs preparados para sistemas de refrigeração específicos, inclusive utilizando circulação de água em determinadas configurações.
Isso é diferente de simplesmente dizer que o ESC é “à prova d’água”.
Uma coisa é proteção contra água.
Outra é refrigeração do componente.
Um ESC quente demais pode entrar em proteção
Controladores de qualidade podem possuir mecanismos de proteção térmica.
Quando a temperatura sobe demais, o equipamento pode reduzir ou interromper a potência para evitar danos.
Imagine isso acontecendo com a lancha no meio do lago.
Por isso, dimensionamento e refrigeração não são detalhes.
Fazem parte da confiabilidade do modelo.
Não esconda completamente o ESC sem pensar na temperatura
Existe uma tentação em barcos:
“vou colocar tudo dentro de uma caixa completamente fechada para não molhar.”
Isso pode resolver um problema e criar outro.
O ESC produz calor.
Se o colocarmos em uma região sem qualquer capacidade adequada de dissipação, sua temperatura pode subir.
A proteção contra água precisa ser conciliada com as necessidades térmicas do sistema.
Em carrinhos off-road também existe aquecimento
Um carrinho atravessando terreno pesado pode exigir bastante do motor.
Grama alta, subida, lama e pneus maiores podem aumentar a carga.
Consequentemente:
corrente aumenta;
motor aquece;
ESC aquece.
Então um ESC waterproof não deve ser escolhido apenas porque suporta água.
Ele também precisa suportar eletricamente o conjunto.
Teste o sistema antes de exigir tudo dele
Depois de instalar um novo ESC, faça testes progressivos.
Primeiro sem carga excessiva.
Observe:
resposta ao acelerador;
sentido de rotação;
funcionamento da ré;
temperatura;
conexões.
Depois faça pequenos testes reais.
Não monte um sistema completamente novo e comece imediatamente com aceleração máxima durante vários minutos.
Verifique a temperatura depois do primeiro teste
Pare.
Toque com cuidado ou, melhor ainda, utilize um instrumento apropriado para medir a temperatura.
Motor está excessivamente quente?
ESC está excessivamente quente?
Conectores estão aquecendo?
Bateria está apresentando comportamento anormal?
Essas observações podem revelar um dimensionamento inadequado antes que algum componente seja danificado.
Conectores também precisam suportar a corrente
Não adianta utilizar:
motor potente;
ESC de alta corrente;
bateria adequada;
e colocar no meio um pequeno conector inadequado.
O conector possui resistência.
Com corrente elevada, essa resistência pode gerar calor.
Podemos lembrar:
P = I² × R
Como a corrente aparece elevada ao quadrado, pequenas resistências tornam-se muito relevantes em sistemas de alta corrente.
O mesmo vale para os fios
Fios precisam ser dimensionados para a corrente.
Um cabo extremamente fino pode apresentar:
queda de tensão;
aquecimento;
perdas;
risco de falha.
Os fios de potência fornecidos no ESC normalmente já dão uma boa indicação de que estamos lidando com correntes bem diferentes daquelas utilizadas em pequenos circuitos eletrônicos.
Água salgada merece cuidado ainda maior
Se o modelo for utilizado em água salgada, o ambiente é particularmente agressivo para componentes metálicos e conexões.
Mesmo equipamentos resistentes à água devem receber os cuidados recomendados pelo fabricante após a utilização.
Sal e umidade podem acelerar processos de corrosão.
Por isso, manutenção depois da navegação também faz parte da vida útil do sistema.
Depois de molhar, não guarde imediatamente o modelo fechado
Ao terminar a utilização, inspecione o interior.
Se houver umidade, deixe o conjunto secar adequadamente.
Verifique conectores e componentes.
Um pouco de água que talvez não tenha causado problema durante a navegação pode permanecer dentro do casco e favorecer corrosão posteriormente.
Isso vale mesmo quando utilizamos componentes resistentes à água.
O ESC waterproof aumenta a segurança, mas não substitui uma boa instalação
Essa talvez seja a principal ideia.
Escolher um ESC adequado para ambientes molhados é uma excelente decisão para:
lanchas;
barcos;
carrinhos off-road.
Mas ainda precisamos cuidar de:
receptor;
servo;
conectores;
bateria;
fiação;
vedação;
refrigeração;
dimensionamento elétrico.
O ESC é apenas uma parte do sistema.
Veja no vídeo o ESC à prova d’água
No vídeo original deste artigo mostro um ESC à prova d’água e explico sua utilização em modelos sujeitos a contato com água, como lanchas e carrinhos off-road. Também mostro a diferença visual entre controladores para motores brushed e brushless, observando a quantidade de fios que seguem do ESC para o motor.
Saber escolher o ESC evita muitos erros no modelismo
É muito comum alguém comprar um componente olhando apenas para uma especificação:
“esse ESC tem muitos amperes.”
Mas precisamos fazer várias perguntas:
Meu motor é brushed ou brushless?
Qual tensão vou utilizar?
Quantas células possui minha bateria?
Qual corrente o motor pode exigir?
Preciso de ré?
Existe BEC?
O modelo pode molhar?
Como será feita a refrigeração?
Quando entendemos essas perguntas, escolher um ESC deixa de ser uma tentativa e erro e passa a fazer parte do dimensionamento do sistema elétrico do modelo.
E esse conhecimento continua útil mesmo quando trocamos completamente de modalidade.
O princípio aparece em carrinhos, lanchas, barcos e vários outros projetos RC.
Quer aprender a escolher e ligar ESC, motor e bateria sem depender de tentativa e erro?
Saber que existem ESCs brushed, brushless e à prova d’água é apenas o começo. Para montar um conjunto corretamente, precisamos entender tensão, corrente, potência, motores, baterias, BEC, conectores e dimensionamento elétrico.
Quando esses conceitos ficam claros, você começa a conseguir olhar para um motor e uma bateria e entender qual ESC faz sentido para aquela aplicação e por quê.
Essa é justamente a proposta do Método 7H RC: ensinar elétrica e eletrônica aplicadas ao rádio controle de forma prática, usando situações reais encontradas no aeromodelismo, automodelismo e nautimodelismo.
Se você quer ganhar autonomia para escolher componentes, fazer ligações e criar suas próprias modificações em modelos RC, conheça o Método 7H RC.