Refrigeración líquida de un motor y un controlador: cuándo se vuelve necesaria

Un motor y un controlador casi nunca están limitados por su electricidad, sino por su temperatura. Mientras el aire sea suficiente para evacuar el calor, la refrigeración líquida solo aporta peso y complejidad. Se vuelve necesaria cuando la máquina debe mantener una gran potencia durante mucho tiempo, en un espacio cerrado o sin flujo de aire: resistencia, vehículo lento y pesado, motor encerrado en una carrocería. Esta guía explica cómo funciona y a partir de cuándo merece la pena.

Por qué el calor determina la potencia

Un motor disipa calor en sus bobinados (pérdidas de cobre, que aumentan con el cuadrado de la corriente) y en su hierro (pérdidas que aumentan con la velocidad). Un controlador se calienta en sus transistores. Nuestra guía sobre el calentamiento de un motor detalla estas pérdidas.

Lo que cuenta es el equilibrio entre el calor producido y el calor evacuado. Durante una aceleración corta, las piezas absorben el calor en su masa: se puede pedir mucho más que la potencia «continua». A largo plazo, la temperatura sube hasta que la evacuación compensa la producción. Si este equilibrio se encuentra por encima de lo que soportan el aislante de los bobinados, los imanes o los transistores, hay que reducir la potencia o refrigerar mejor.

Por eso, una refrigeración más eficaz aumenta sobre todo la potencia que se puede mantener durante mucho tiempo. La potencia máxima (pico), por su parte, depende más de la corriente que el controlador y la batería pueden suministrar.

Cómo funciona una refrigeración líquida

El principio es el de un coche: un líquido circula en circuito cerrado, impulsado por una bomba. Atraviesa la pieza a refrigerar, se calienta allí y luego pasa por un radiador donde el aire lo enfría antes de volver a salir.

• Lado del motor: se rodea el estator con una camisa, un cárter de doble pared en el que el líquido circula lo más cerca posible de los bobinados. Esto supone un motor cuyo estator esté fijado al cárter, como un motor con salida de eje; en un motor en rueda, cuya campana exterior gira, es mucho más difícil.
• Lado del controlador: los transistores están montados sobre una placa fría, una placa metálica perforada con canales por donde pasa el líquido.
• El líquido: agua con anticongelante y anticorrosión, por lo general. Debe ser compatible con los metales del circuito.
• El radiador: colocado donde pasa el aire, posiblemente con un ventilador para las fases lentas.

La gran ventaja es poder transportar el calor lejos. Un motor encerrado en un cárter o un controlador alojado en una caja estanca pueden ser refrigerados así por un radiador colocado en la parte delantera de la máquina, en el flujo de aire.

El aire, primera solución a agotar

Antes de pasar al líquido, verificamos que el aire se utilice bien:

• El controlador fijado sobre metal: atornillado a un chasis o a un disipador de aluminio, con una pasta o una almohadilla térmica, mantiene mucho mejor sus cifras que encerrado en un plástico.
• Un motor que respira: en nuestros motores en rueda MHS, MHT, XHS y XHT, nuestra ventilación de motor de 6 palas se monta en la brida del lado de los cables y fuerza el aire a través del motor. Un motor así ventilado ya no es estanco: es una solución para seco y circuito. Ver nuestra guía ventilar un motor de patinete.
• Un líquido en el entrehierro: en un motor en rueda, un ferrofluido puede ayudar a que el calor pase del estator a la campana. Ver nuestra guía sobre el ferrofluido.
• Ajustes razonables: límites de corriente adaptados, sondas de temperatura conectadas y umbrales ajustados en el controlador.

Cuando el líquido se vuelve necesario

Algunas situaciones donde el aire ya no es suficiente:

• Una gran potencia mantenida durante mucho tiempo: resistencia, subida larga cargada, trabajo continuo de una máquina de obra o de manutención.
• Una máquina lenta y pesada: a baja velocidad, hay poco viento relativo para refrigerar, mientras que el esfuerzo es grande.
• Componentes encerrados: motor en un cárter estanco, electrónica en una caja protegida del agua y del polvo.
• Una restricción de peso en el motor: un motor refrigerado por líquido puede mantener la misma potencia continua con menos masa que un motor refrigerado por aire, lo que compensa en parte el peso del circuito.

Las trampas

• La bomba es un punto de fallo: si se detiene, la temperatura sube muy rápido. Se necesita una sonda de temperatura en el componente, no solo en el líquido, y una reducción automática de potencia.
• Las fugas cerca de la alta tensión: el circuito pasa cerca de la electrónica; los racores y abrazaderas deben estar cuidados y controlados.
• El aire en el circuito: una burbuja atrapada en la placa fría crea un punto caliente. El circuito se purga al rellenar.
• La congelación: un líquido sin anticongelante puede congelarse en invierno y romper una pieza.

En una máquina a diseñar

La elección de la refrigeración se hace desde el principio, junto con la del motor y el controlador: condiciona su tamaño, su peso y su espacio. Cuando diseñamos un controlador dedicado a una máquina, la refrigeración es parte de lo que adaptamos, junto con el formato, la conectividad y la estanqueidad. Describa su proyecto a nuestra oficina de diseño: la solución está dimensionada para la máquina y su uso.