Par motor vehículo eléctrico infantil

Primero comentarte que me parece demasiada velocidad 7Km/h. Los coches eléctricos para niños normalmente van a la velocidad a la que camina un hombre adulto o un poco menos. Y un hombre adulto a paso ligero ya desarrolla 4Km/h.

Otro factor que desconocemos y tiene mucha importancia es la fuerza de rozamiento que hay que vencer para mantener esa velocidad. Voy a suponer un coeficiente de rozamiento dinamico mu=0,1. Pero es un dato que me estoy inventando y puede ser distinto en la practica

Bien aquí van mis cálculos para un motor eléctrico:

Pasamos la velocidad de 7Km/h a metros por segundo =>1,944m/s (ya te digo que me parece muy rapido para un niño de corta edad, ¿a ver si se va a hacer daño?)

La aceleración es tal como tú calculas de Ac=0,388 m/s^2

Para conseguir esa aceleración necesitas una Fuerza neta igual

$$\begin{align}&[1]\ F_{neta}=m.a_c=35Kg.0,388\frac{m}{s^2}=13,6N\end{align}$$

Calculamos la fuerza de rozamiento que tenemos que vencer:

La fuerza del peso contra el suelo es de:

$$\begin{align}&[2]\ F_{peso}=35Kg\ .\ 9,8\frac{m}{s^2}=343\ N\end{align}$$

Suponiendo un rozamiento dinámico de 0,1, calculamos la fuerza de rozamiento que tenemos que vencer:

$$\begin{align}&[3]\ F_{rozamiento}=F_{peso}.\mu_d=343N\ .\ 0,1=34,3N\end{align}$$

Tambien voy a contar con la fuerza necesaria para subir por una pendiente del 5%, no vaya a ser que solo podamos circular por llano y que al pisar un pequeño bache nos quedemos atorados:

Una pendiente del 5% equivale a 3º => Fuerza para subir esa pendiente:

$$\begin{align}&[4]\ F_{subir}=343N.sen(3º)=18N\end{align}$$

 Sumando todas estas fuerzas [1]+[3]+[4]=13,6N+34,3N+18N=65,9N=66N.

Que es la fuerza total que tiene que desarrollar el motor para mantener la velocidad. Observaras que la Fuerza de rozamiento es la que mas importa y la que puede alterar todos los cálculos siguientes.

Calculamos el par que tienen que desarrollar las ruedas motrices. Como el par se mide en Nm (Newtons x metro) pasamos a esa unidad.

Radio de la rueda = 13 cm = 0,13 m

[5] Par = 66N. 0,13 m = 8,58 Nm

Calculamos la velocidad de rotación de la ruedas motrices:

Una vuelta de la rueda motriz recorre:

$$\begin{align}&[6]\ L=2.\pi.r=2.\pi.0,13m=0,81\ metros\ por \ vuelta\end{align}$$

Revoluciones por segundo (RPS)=

$$\begin{align}&[7]\ RPS=\frac{1,944\frac{m}{s}}{0,817\ m}=2,37s^{-1} (RPS)\end{align}$$

Pasamos a revoluciones por minuto (RPM)=2,37x60s=142 RPM

Nota: 147 RPM es una velocidad loca... loca -Como los 7Km/h- pero Tú mismo

Con estos datos ya podemos seleccionar el motor. Yo prefiero utilizar motores con los engranajes des-multiplicadores ya incluidos. Como piensas utilizar dos motores el par de cada uno sera de la mitad es decir 4,3 Nm.

Te dejo un enlace a los catálogos que utilizo

 http://www.doga.es/index.php/es/publicaciones/catalogos 

¡Gracias! Me has sido de gran ayuda. Un saludo

Repasando el planteamiento y los cálculos teóricos y leyendo la respuesta de albertx, había algo que no terminaba de cuadrarme. Así que con dinamo-metro en ristre, un carrito que ya tiene mi hija y la susodicha me puse a medir la fuerza necesaria para mover todo el conjunto de carrito+niño y resulta que una fuerza de 15N ya es suficiente para mover todo y ademas sobra para tener un movimiento acelerado.

Conclusión el coeficiente de rozamiento es mucho menor del estimado.

Por otro lado el par nominal del motor solo tiene que proporcionar esos 15N, porque la fuerza extra para acelerar la obtenemos del par de arranque del motor que es muy superior al par nominal.

Con todo esto, rehacemos todos los cálculos, y queda:

Radio de la rueda = 13 cm = 0,13 m

[5] Par = 15N. 0,13 m = 1,95 Nm

La velocidad de rotación quedaría igual que antes: 142 RPM

La potencia del motor sería de:

142 RPM*2*pi/60=14,87rad/sg

Potencia=1,95 Nm*14,87 rad/sg=29 vatios====>30 vatios

Estos valores están mas cerca del motor que mueve el carrito de mi hija.

En mí caso el carrito circula a unos 4 Km/h y el motor es de 6v @ 2Amp=12 vatios, que es justo la mitad porque la velocidad también es la mitad

Quedaría por tener en cuenta que motor funciona en modo intermitente=>la potencia puede ser un poco menor pero también hay que incrementar un 20% por la potencia que se pierde en los engranajes. Nos quedaríamos igual

Muchas gracias de nuevo, voy a replantearme pesos, velocidades, ruedas y demás para tratar de hacer algo más ajustado.

Un saludo

Solo una pregunta más, ¿cuánto era el peso total que moviste y mediste con el dinamómetro? Lo que no me cuadraba de todo el conjunto de información que me habéis dado es precisamente que los coches a batería que venden fabricados tienes 36w no 100 o 150 w que son los cálculos se han hecho. Muchas gracias de nuevo. Saludos

Perdón pero leyendo los comentarios me parece oportuno agregar a esta altura algo:

Concretamente... con referencia a los motores que decís tener...

"tengo un motor de 12v 1645rpm y 0,2 kg.cm de par y otro de 12 v 400rpm y 2kg.cm de par"

Un calculo rápido de potencia teórica obtenida en el eje de esos motores a pleno sería:Potencia = Par nominal desarrollado x Velocidad angular nominal.

Para el primer motor........Par =  0.2Kg.cm = 2N x 0.01 m= 0.02 Nm  y  1645 RPM = 

1645 X 2PI / 60 = 172 / seg...........................Luego Potencia = 0.02 Nm x 172/seg = 3.5 Watts.

Para el segundo motor.......Par= 2 Kg.cm = 20N x 0.01 m = 0.20 Nm   y  400 RPM = 400 x 2pi / 60 = 42 / seg. .....................................Luego Potencia = 0.20 Nm x 42/seg = 8.4 Watts.

Obviamente las potencia nominales que desarrollan estos motorcitos son más que insuficientes para arrastrar un carro con una criatura arriba.

Deben tener en cuenta que una estimación aproximada de potencia necesaria para traslación horizontal de una masa equivalente al peso del carro + motor + criatura+ baterías..(que podría ubicarse en unos 40 Kg.) andaría alrededor de:

Potencia Mínima = Fuerza x velocidad = 40 x 9.80 x 2.5 m/seg = 1000 Watts aprox... y ello para desplazamiento horizontal... sin considerar rozamientos, ni los rendimientos del sistema de transmisiones para llevar la velocidad del vehículo al valor deseado. Fácilmente estas potencias de pérdidas pueden multiplicar por 1.30/1.50 la potencia calculada antes. Creo que ninguno de los motores que mencionas te sirvan para esto.

No se bien, pero si te digo que ya que hablas del par motor, en vehículos eléctricos desde 0 km/h ya podría desarrollar par máximo, sube de revolucones en seguida, los coches con combustibles tardan más, y hay que diferencia, el par máximo es el punto donde el motor alcanzo mayor empuje, nada tiene que ver motor de gaoil de camiones por ejemplo que el de las motos de 1.100, para camiones se usa un par elástico que se llama, es decir, si trazaras una lina que vesde el suelo sube y después baja

Como más o menos te expongo, en motores de altas prestaciones, o gasolina el par máximo es muy corto, ahí es donde mandaría la máxima aceleración, en camiones es más largo con lo que la potencia se mantiene durante más tiempo, en los eléctricos seria "parecido" al de la gasolina con la gran diferencia de que no tendría que subir y bajar, pues se mueve de manera electromagnéticas, van sin volante de inercia, obviamente pesa menos, y no hay roces como en motores convencionales,

En plan llano para que os entendamos, si la cría apretá el acelerador dará un tirón el coche, caso más claros son los coches teledirigidos, o los que teníamos cuando pequeños, quizás poniéndole un tope al pedal para que baje lo mínimo, y así desarrole muy poca velocidad, no se si te sirvió lo que te dije, pero es quizás una idea, más que par motor que es elevado, buscate algo para que el acelerados baje lo mínimo para que camine

¡Gracias!  Carlos por la rápida respuesta pero, me siguen asaltando ciertas dudas. Te explico, tengo un motor de 12v 1645rpm y 0,2 kg.cm de par y otro de 12 v 400rpm y 2kg.cm de par (esto es un ejemplo de tantos motores vistos) La diferencia entre rpm y par es muy abultada y no se cual sera mejor. Quizá la cuestión sea ¿que par motor necesito para mover la masa indicada a la velocidad indicada? Me da la sensación que con el primer motor el coche no se moverá y con el segundo lo hará pero no a la velocidad deseada....

Muchas gracias

El compañero de antes te dio una buena respuesta, yo técnicamente o se responde exactamente, más o menos en lo que dices, el segundo motor necesitaría muchas menos revoluciones para desarrollar potencia, en primero necesitaría más, aunque el ejemplo quizás no es acertado, tengo una grúa ok, 3.0 de gasoil, al ralentí marca en torno a 600 revoluciones, para empezar a caminar más o menos 750, un coche automático de gasolina en torno a las 900 vence la fuerza de empuje, el peso y la gravedad pesando unos 900 kg, no quiero pensar lo que aceleraría ese motor a 400 rev, pesando 35 kg niña inlcuida, no es que sea muy entendido OJO, pero creo que el segundo seria demasiado para una cría

¡Gracias! Me ha sido de gran ayuda.

Un saludo

Nada hombre