Os motores elétricos utilizados em lanchas e barcos de controle remoto aquecem durante o funcionamento. Isso é normal: parte da energia elétrica fornecida ao motor é convertida em movimento, enquanto outra parte aparece na forma de perdas e calor.
O problema começa quando a temperatura aumenta demais.
Um motor trabalhando constantemente em temperaturas muito elevadas pode apresentar perda de desempenho e redução de sua vida útil. Dependendo do conjunto utilizado, o aquecimento também pode indicar que estamos exigindo demais do sistema de propulsão.
Existem diferentes maneiras de melhorar o resfriamento de um motor. Uma delas é utilizar uma pequena ventoinha. Eu mesmo já utilizei esse sistema em barcos e ele funciona muito bem.
Mas no nautimodelismo temos uma vantagem que não existe em um automodelo ou aeromodelo:
o barco está cercado de água.
Então, por que não utilizar a própria água onde estamos navegando para ajudar a resfriar o motor?
Foi exatamente o sistema que mostrei originalmente neste projeto: a água é captada durante a navegação, conduzida por uma mangueira até uma serpentina instalada ao redor do motor e depois devolvida ao lago.
Por que um motor elétrico aquece?
Nenhum motor elétrico real possui eficiência de 100%.
Quando fornecemos energia elétrica ao motor, grande parte dela é convertida em energia mecânica para movimentar o eixo. Entretanto, existem perdas.
Entre elas podemos ter:
resistência elétrica dos enrolamentos;
perdas magnéticas;
atrito;
perdas mecânicas;
e outros fenômenos relacionados à construção e operação do motor.
Parte dessas perdas aparece na forma de calor.
Portanto, algum aquecimento é perfeitamente normal.
O objetivo não é fazer o motor permanecer completamente frio, mas evitar temperaturas excessivas durante a utilização.
Quanto mais exigimos do motor, maior pode ser o aquecimento
Imagine o motor funcionando sem nenhuma carga conectada ao eixo.
Agora imagine o mesmo motor movimentando uma hélice dentro da água.
A situação é completamente diferente.
A hélice oferece resistência ao movimento e exige torque do motor.
Dependendo da hélice utilizada, essa carga pode ser bastante elevada.
O motor passa a exigir mais corrente do sistema elétrico e, consequentemente, suas perdas também podem aumentar.
É por isso que um motor que funciona tranquilamente na bancada pode aquecer muito mais quando instalado no barco.
A hélice influencia diretamente o esforço do motor
Esse é um ponto extremamente importante no nautimodelismo.
A hélice não deve ser escolhida apenas com base na ideia de que:
“quanto maior, melhor.”
Uma hélice inadequada pode exigir demais do motor.
Características como diâmetro, passo e número de pás influenciam o comportamento do sistema.
Se aumentamos excessivamente a carga, podemos ter:
maior consumo de corrente;
aquecimento do motor;
aquecimento do ESC;
menor autonomia da bateria;
e até danos aos componentes.
Portanto, instalar refrigeração não deve ser utilizado para esconder um sistema de propulsão mal dimensionado.
Primeiro verifique por que o motor está aquecendo
Antes de simplesmente instalar uma serpentina, vale fazer algumas perguntas.
O motor é adequado para aquela embarcação?
A tensão da bateria está dentro da especificação?
A hélice está corretamente dimensionada?
O eixo gira livremente?
Existe algum desalinhamento mecânico?
O motor está sendo sobrecarregado?
O ESC está corretamente dimensionado?
Se existir um problema no conjunto, aumentar o resfriamento pode reduzir a temperatura, mas não necessariamente eliminar a causa.
Resfriamento a ar ou resfriamento a água?
Em muitos projetos eletrônicos utilizamos ar para remover calor.
Uma ventoinha movimenta o ar sobre o componente aquecido e aumenta a troca térmica.
Como mencionei no artigo original, já utilizei ventoinhas sobre motores em dois dos meus barcos com bons resultados.
Mas existe outra possibilidade particularmente interessante para embarcações:
refrigeração líquida utilizando a própria água do local de navegação.
Não precisamos transportar um grande reservatório de água.
O barco já está navegando dentro dele.
Como funciona o resfriamento do motor com água?
O princípio é bastante simples.
Temos quatro etapas principais:
captação da água → transporte → troca de calor → descarte da água.
A água entra por um pequeno tubo instalado no barco.
Uma mangueira conduz essa água até a região do motor.
Ela passa por uma serpentina que permanece em contato com o corpo do motor.
Depois, a água aquecida é conduzida novamente para fora da embarcação.
De maneira simplificada:
água do lago → tubo de captação → mangueira → serpentina → mangueira de saída → lago
Esse é justamente o sistema mostrado no conteúdo original.
Como a água entra no barco?
Uma das soluções mais simples consiste em posicionar um pequeno tubo próximo à região da hélice, aproveitando o movimento da água para produzir o fluxo.
No sistema que apresentei, o tubo é instalado depois da hélice de maneira que a água impulsionada durante a navegação entre por ele.
A pressão criada pelo deslocamento e pela ação da hélice faz com que a água siga pela mangueira.
Isso é interessante porque podemos criar circulação sem utilizar uma bomba elétrica adicional.
A própria movimentação da embarcação participa do sistema.
O posicionamento da entrada de água é importante
Não basta instalar um tubo em qualquer lugar do casco.
Precisamos de uma região onde exista fluxo de água suficiente durante a navegação.
Se a entrada ficar em uma posição inadequada, podemos ter pouca circulação.
E sem circulação não existe troca térmica eficiente.
Também precisamos tomar cuidado para que a entrada não prejudique desnecessariamente o desempenho hidrodinâmico do barco.
Em modelos rápidos, pequenos detalhes podem fazer diferença.
A água segue por uma mangueira
Depois de captada, a água precisa chegar ao motor.
Podemos utilizar uma mangueira flexível com dimensões adequadas ao sistema.
Ela precisa ficar bem conectada.
Uma mangueira que se solta dentro de uma embarcação cria exatamente o problema que não queremos:
água sendo bombeada para dentro do casco.
Por isso, antes de colocar o barco no lago, vale conferir todas as conexões.
E então chegamos à serpentina
A parte central do sistema é a serpentina de refrigeração instalada ao redor do motor.
No projeto original mostrei uma serpentina de silicone, embora também existam soluções construídas em metal.
A ideia é aumentar a área de contato entre o sistema de circulação de água e o corpo do motor.
O calor passa do motor para a região em contato com a serpentina e daí para a água que circula pelo sistema.
Essa água continua seu caminho e é eliminada para fora do barco.
Serpentina metálica ou de silicone?
As duas soluções podem ser encontradas no modelismo, mas apresentam características diferentes.
Metais como alumínio e cobre possuem boa condutividade térmica, o que pode favorecer a transferência de calor quando existe contato adequado com a carcaça do motor.
Uma serpentina flexível de silicone, como a que mostrei no vídeo original, oferece outra vantagem: facilidade de instalação e adaptação ao formato do motor.
O importante é conseguir uma montagem firme e uma circulação adequada de água.
O contato com o motor faz diferença
Imagine uma serpentina passando ao redor do motor, mas praticamente sem encostar nele.
A transferência de calor será prejudicada.
Queremos que exista bom contato físico entre o sistema de refrigeração e a superfície do motor.
Por isso, a instalação deve ser feita cuidadosamente.
Ao mesmo tempo, não queremos apertar componentes flexíveis a ponto de restringir o fluxo de água.
É necessário encontrar um equilíbrio entre:
bom contato térmico + passagem livre da água.
A água entra fria e sai mais quente
A física por trás do sistema é bastante simples.
O motor está em uma temperatura maior do que a água captada.
Quando existe contato térmico, energia flui da região mais quente para a mais fria.
A água absorve parte desse calor.
Como ela continua circulando, aquela porção aquecida deixa a região do motor e é substituída por outra.
É exatamente essa circulação contínua que torna o sistema eficiente.
Onde colocar a saída de água?
Depois de passar pela serpentina, a água precisa voltar para fora do casco.
Uma solução muito interessante é colocar a saída em uma posição visível na lateral da embarcação.
Isso oferece uma vantagem que vai além da refrigeração.
Podemos olhar para o barco enquanto ele navega e verificar se existe água saindo.
Se existe um pequeno jato contínuo, sabemos que há circulação.
Se ele desaparecer, podemos suspeitar de algum problema.
A saída visível funciona como indicador
Essa é uma característica extremamente útil.
Imagine que a entrada de água fique obstruída.
Ou que uma mangueira dobre.
Ou que alguma sujeira bloqueie a circulação.
Se a saída estiver escondida, talvez só percebamos o problema quando o motor já estiver muito quente.
Com a descarga visível, podemos fazer uma verificação simples:
há água saindo?
Sim: o circuito provavelmente está circulando.
Não: vale trazer o barco de volta e verificar.
Teste o sistema antes de navegar por muito tempo
Depois da instalação, faça primeiro um teste curto.
Navegue durante alguns minutos.
Observe a saída da água.
Retire o barco.
Abra o casco.
Verifique se existe algum vazamento.
Observe a temperatura do motor.
Confira as mangueiras.
Esse procedimento simples é muito melhor do que fazer imediatamente uma longa navegação e descobrir depois que uma conexão estava vazando dentro do barco.
Mangueira dobrada pode interromper o fluxo
Mangueiras flexíveis são práticas, mas precisamos observar o caminho que percorrem.
Uma curva muito fechada pode estrangular a passagem.
O mesmo pode acontecer se algum componente pressionar a mangueira quando fechamos a tampa do barco.
Por isso, depois de organizar tudo internamente, confira novamente o circuito.
Às vezes o sistema funciona perfeitamente com o casco aberto e deixa de funcionar depois que colocamos a cabine ou a tampa.
Sujeira também pode bloquear a entrada
Estamos utilizando água retirada diretamente do ambiente.
Dependendo de onde navegamos, ela pode conter pequenas folhas, partículas e outros materiais.
Como os tubos utilizados em nautimodelismo possuem diâmetro relativamente pequeno, uma obstrução pode reduzir significativamente o fluxo.
Depois da navegação, vale verificar a entrada e as mangueiras.
Isso é especialmente importante quando utilizamos o barco em locais com bastante vegetação ou material suspenso na água.
E se eu navegar em água salgada?
Nesse caso precisamos pensar também em corrosão.
Água salgada é muito mais agressiva para diversos metais e componentes.
Depois da utilização, o sistema merece limpeza adequada com água doce, levando em consideração os materiais utilizados no circuito.
Isso vale não apenas para a serpentina.
Eixo, ferragens, conectores e outras partes da embarcação também merecem atenção depois de contato com água salgada.
Posso usar uma bomba de água?
Sim. Existem projetos que utilizam uma pequena bomba elétrica para fazer a água circular.
Isso pode ser útil quando não conseguimos fluxo suficiente apenas com o movimento da embarcação ou quando queremos refrigeração independente da velocidade.
Entretanto, uma bomba adiciona outros elementos ao sistema:
peso;
consumo elétrico;
fiação;
espaço;
mais um componente que pode falhar.
Se a captação passiva funcionar bem para o projeto, ela possui a vantagem da simplicidade.
Um barco lento também pode precisar de outra solução
Existe uma questão interessante.
Se o fluxo depende do deslocamento da embarcação ou da água impulsionada pela hélice, o desempenho da refrigeração pode variar conforme a operação do barco.
Em uma lancha rápida, normalmente existe bastante movimento de água.
Em uma embarcação muito lenta ou que permanece longos períodos praticamente parada, talvez seja necessário avaliar se a circulação continua suficiente.
Cada projeto precisa ser analisado individualmente.
Podemos resfriar também o ESC?
Sim. Em sistemas de maior potência, o ESC também pode gerar bastante calor.
Existem controladores destinados ao nautimodelismo que já possuem sistemas próprios para refrigeração líquida.
Nesse caso podemos ter um circuito que passa por mais de um componente.
Por exemplo:
entrada → ESC → motor → saída
ou outra configuração adequada ao sistema utilizado.
O dimensionamento deve considerar a necessidade de cada componente e a capacidade de circulação disponível.
Por que o ESC aquece?
O ESC controla eletronicamente a potência entregue ao motor.
Para fazer isso, utiliza componentes semicondutores que conduzem e chaveiam correntes que podem ser bastante elevadas.
Esses componentes apresentam perdas.
E novamente parte dessas perdas se transforma em calor.
Quanto maior a potência do sistema, mais importante se torna observar:
corrente;
temperatura;
ventilação ou refrigeração;
dimensionamento do controlador.
Por isso, motor e ESC devem ser analisados como partes do mesmo conjunto.
A bateria também participa dessa equação
Quando o motor exige mais corrente, essa corrente vem da bateria.
Portanto, temos uma cadeia:
bateria → ESC → motor → eixo → hélice
Se a hélice exige demais do motor, a corrente pode aumentar.
O motor aquece.
O ESC pode aquecer.
A bateria é mais exigida.
A autonomia diminui.
É por isso que gosto de enfatizar que o resfriamento é importante, mas não substitui o dimensionamento correto do sistema elétrico e mecânico.
Como saber se o motor está realmente quente demais?
A melhor maneira é medir.
Existem pequenos termômetros infravermelhos que facilitam bastante esse trabalho.
Também podemos utilizar sensores de temperatura em projetos mais sofisticados.
Isso é melhor do que depender exclusivamente da sensação ao tocar no motor.
Além de ser impreciso, um motor realmente quente pode causar queimaduras.
Faça alguns testes e compare as temperaturas em diferentes condições de operação.
Podemos transformar isso em um pequeno experimento
Esse sistema permite fazer uma experiência muito interessante.
Podemos medir a temperatura do motor em condições semelhantes:
sem refrigeração
e depois:
com refrigeração a água.
Utilizamos o mesmo barco.
Mesma bateria.
Mesma hélice.
Tempo semelhante de navegação.
E então comparamos as temperaturas.
Esse tipo de teste ajuda a verificar objetivamente quanto o sistema está contribuindo para a redução da temperatura.
O sistema é simples, mas reúne vários conceitos
À primeira vista estamos apenas passando uma mangueira ao redor de um motor.
Mas existe bastante coisa envolvida.
Conversão de energia.
Perdas elétricas.
Geração de calor.
Transferência térmica.
Fluxo de água.
Carga mecânica.
Corrente elétrica.
Potência.
Dimensionamento de motor e ESC.
É justamente por isso que gosto desses pequenos projetos.
Eles permitem observar conceitos de elétrica, eletrônica, mecânica e física funcionando juntos.
Veja no vídeo como funciona o resfriamento com água
No vídeo original deste artigo mostro o sistema de resfriamento do motor utilizando a água onde o barco está navegando, com a captação próxima à hélice, mangueiras e uma serpentina de silicone ao redor do motor. Depois de circular pelo sistema, a água é devolvida ao lago ou ao mar.
Uma solução especialmente interessante para nautimodelismo
Em um aeromodelo podemos aproveitar o fluxo de ar.
Em um automodelo podemos utilizar dissipadores e ventoinhas.
Em um barco temos outra possibilidade:
utilizar a própria água.
E o mais interessante é que o sistema pode funcionar sem uma bomba adicional, aproveitando o movimento produzido pela embarcação.
É uma solução relativamente simples, visualmente interessante e que pode contribuir para manter a temperatura do motor em níveis mais adequados.
Mas lembre-se do ponto principal:
se o motor está aquecendo excessivamente, investigue também a causa.
A refrigeração deve complementar um conjunto corretamente dimensionado, e não compensar permanentemente uma hélice inadequada, um eixo travando ou um motor trabalhando muito além de suas especificações.
Quer entender melhor motor, ESC, bateria e hélice?
Quando entendemos como tensão, corrente, potência, bateria, ESC, motor e hélice se relacionam, fica muito mais fácil compreender por que um motor aquece, por que determinado ESC precisa suportar certa corrente e como uma alteração aparentemente pequena pode modificar todo o sistema.
Essa é justamente a proposta do Método 7H RC: ensinar elétrica e eletrônica aplicadas ao rádio controle de forma prática, utilizando situações encontradas realmente no aeromodelismo, automodelismo e nautimodelismo.
Se você quer ganhar autonomia para entender, dimensionar, diagnosticar e modificar a parte elétrica e eletrônica dos seus próprios modelos, conheça o Método 7H RC.