¿Cómo elegir el motor adecuado para un prototipo?

Elegir el motor para un prototipo puede parecer una decisión automática y poco meditada. En cambio, la mayoría de versiones de prototipos que analizamos, usan motores sobredimensionados para las necesidades y requisitos funcionales que se esperan.

A continuación, te aportamos una guía basada en la experiencia de Let´s Prototype para tomar mejores decisiones en el proceso de elección de motores para prototipar. Independientcatemente de tu nivel técnico.

Paso 01: Caracterización y dimensionamiento del motor óptimo para un prototipo.

La mayoría de equipos de prototipado fallan porque comienzan por la elección del componente. El primer paso no es elegir el mejor motor conocido, esta decisión debería ser la última según nuestro método. 

Para definir estos requisitos, además de comprender los objetivos generales del prototipo, nos planteamos preguntas muy específicas, como: 

¿Qué tiene que mover el motor y con qué fuerza debe hacerlo?

Es clave cuantificar el par o torque requerido para el motor. Este dato objetivo, para esta fase, se extrae de la investigación y experimentos prácticos, que permitan simular las peores condiciones posibles según escenario de uso. 

¿A qué velocidad? 

Tras la respuesta a la pregunta anterior, necesitamos comprender cuáles son las restricciones de velocidad que necesitamos en el funcionamiento. Esta información será clave para calcular el dimensionamiento del motor más óptimo para el prototipo

¿Qué tipo de movimiento se requiere? 

La respuestas a esta interrogante permitirá comprender si se requiere un motor capaz de girar largos períodos o por el contrario, contará con restricciones de paradas continuas. Caracterizar correctamente los ciclos de trabajo del motor, permitirá dimensionar la potencia real necesaria y planificar su posible vida útil, como parte esencial del futuro producto.

¿Qué nivel de precisión y control se requiere en el movimiento?

Sin duda esta pregunta puede hacer replantear las conclusiones que ya podías estar induciendo como mejores motores para tu prototipo. Si en el prototipo la necesidad es generar un movimiento entre dos puntos, sin necesidad de controlar el ciclo, el abanico de opciones es amplísimo y barato. 

En cambio, según añadamos restricciones o necesidades, la lista de opciones se disminuirá proporcionalmente, y las soluciones serán sustancialmente más caras. Las restricciones que más nos impulsan a este tipo de soluciones son:  necesidad de controlar posiciones exactas, gestionar ciclos o conseguir sincronizaciones

Paso 02 Elegir la categoría de motor: paso a paso, servomotor o DC.

El error más frecuente es intentar comenzar por este paso. Las definiciones anteriores limitarán sustancialmente qué tipo de motor es realmente más óptimo para el prototipo. En cambio, cómo la pregunta sobre qué tipo de motor usar en el prototipo es tan frecuente profundizamos en los principales pros y contras: 

Motores DC de escobillas para prototipos

  • Es el tipo de motor más sencillo de controlar durante el proceso de prototipado, solo requiere alimentación para funcionar. 
  • Su velocidad varía proporcionalmente al voltaje, mientras que podemos customizar el sentido alterando la polaridad.
  • Las escobillas sufren algún desgaste, pero es perfecto para prototipos donde solo se necesite un movimiento continuo sin restricciones de control adicionales.

Motores paso a paso para prototipado.

  • Los giros son discretos y tienen un comportamiento fijo, esto permite poder conocer su posición a través de la contabilización de pasos.
  • Es una solución muy útil para prototipos donde se requieren movimientos repetitivos sin necesidad de utilizar otros sensores complementarios.
  • Su principal limitación, es que en soluciones donde se requiere velocidad, pierden mucha capacidad y llegan a perder el control de los pasos.
  • El punto de diferencia más crítico entre motores DC y paso a paso, radica en el control.

Motor DC sin escobillas para prototipos

  • Este tipo de motores se utilizan en prototipos donde se requiere mejor comportamiento a gran velocidad. 
  • Requiere un sistema de control electrónico y de potencia, más complejo. 
  • Cuando se requiere eficiencia a nivel de RPM, es la mejor opción, por esta razón, es tan útil en drones y herramientas eléctricas.

Servomotor para prototipos

  • El servomotor no es exactamente un tipo de motor, se trata de un sistema compuesto que permite mayor precisión en el control, posición, velocidad y par. 
  • Se trata de la solución por excelencia cuando hay necesidades de control, como la robótica, automatizaciones industriales, entre otros. Como consecuencia, es la solución más cara.

Paso 03 Comprender las restricciones funcionales del prototipo.

Aunque llegues a este punto con motores claramente definidos para el desarrollo del prototipo, no debemos perder de vista que el motor es un componente, no es la solución. Por tanto, hay que comprender las restricciones del prototipo como un todo, para valorar las verdaderas necesidades.

Estas son alguna de las restricciones que más complican el proceso de elección de motores: 

Alimentación energética: Un motor AC no sirve si tu prototipo funciona con baterías.  De la misma forma, un motor de 24V no es compatible con un sistema pensado para 5V. La fuente de energía es un filtro muy restrictivo en el proceso de elección de motores para prototipar.

Factor de forma y tamaño: En la mayoría de las ocasiones, el factor de forma y el tamaño del producto son determinantes. Estas variables las fija, sobre todo, el mercado. En cambio, muchas veces el motor perfecto, no cabe en estas restricciones.  

Entorno de operación: Cada prototipo, según sus objetivos funcionales, tendrá un entorno de operación. La exposición al polvo, humedad, vibraciones u otras condiciones particulares podrían influir también en la aceptación o descarte de las opciones.

Equilibrio viabilidad técnica y económica: Este es el componente clave de cualquier prototipo. Durante el proceso de concepción del prototipo, no se puede perder de vista que detrás de cada prototipo, habrá un negocio. Por tanto, vigilar los posibles costes de los motores que utilizamos para conseguir la viabilidad técnica, no solo es clave, es determinante.

Errores más frecuentes en la selección de motores para desarrollar prototipos.

  • Sobredimensionar los motores para optimizar el tiempo de investigación: cálculos – prueba y error.
  • Falta de visión y experiencia trabajando con todas las alternativas. 
  • Sobreingenería en las capas de control y potencia, subsanando errores de la elección.

¿Cómo evitamos estos errores en Let´s Prototype?

Acumular más de 10 años diseñando y fabricando prototipos, tiene ventajas y desventajas para elegir correctamente los motores de cada prototipo. Es cierto que este tiempo y más de 500 prototipos han dado para mucho, conocemos y hemos trabajado con todas las opciones. En cambio, esa experiencia puede traducirse en poco rigor a la hora de cumplir estos pasos.

En Let´s Prototype, hemos aprendido que para la correcta elección de motores, así como para cada una de las decisiones que ponen en riesgo el equilibrio entre la viabilidad técnica y económica de un prototipo, es clave un proceso primario de planificación, que permita diluir las cuestiones que suman incertidumbre al proceso de prototipado.

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Erick Remedios Muiños