Artículo Cientíco / Scientic Paper
Revista Energía Mecánica Innovación y Futuro, IX Edición 2020, No. 10 (10)
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ESPE
ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No. 9 Vol. 1 / 2020 (10) ISSN 1390 - 7395 (10/10)
Abstract
The main objective of this article is the selection
process of an electric engine for its implementation
in the modied Volksrod car body of the Volkswagen
type one model, based on cost, eciency, adaptability-
examining discharging time over discharging current
curves- and the ordinal corrected method of weighting
factors.
This project bases its actions on the total integration
of acquired and new knowledge that will empower
those systems involved. The structural modication
of the Volkswagen type one puts into practice the
application of know-how skills, the installation of
new technology systems to complement other areas of
knowledge, and the electric propulsion incorporated
in the vehicle through the comparison of eciency
between electric engines.
The implementation of new automotive processes
is presented to address the issue of environmental
pollution produced by cars nowadays, which is a
problem at a global level. For this reason, dierent
solutions have been provided among which the
electric vehicle stands out because it can acquire
energy through rechargeable batteries and does not
release greenhouse gas emission, thus reducing both
air and noise pollution.
Keywords: Eciency, electric engine, adaptability,
volksrod
ANÁLISIS DE SELECCIÓN DEL MOTOR ELÉCTRICO PARA LA ADAPTACIÓN EN LA
CARROCERÍA MODIFICADA VOLKSROD DEL VOLKSWAGEN TIPO 1
ANALYSIS OF SELECTION OF THE ELECTRIC MOTOR FOR ADAPTATION IN THE
MODIFIED VOLKSROD BODY OF THE VOLKSWAGEN TYPE 1
Juan Gabriel Ballesteros López
1
, Orlando Vladimir Miranda Reyes
2
, Jessica Lizbeth Bayas Izurieta
3
, Diego Hernán Punina Poveda
4
1,2,3,4
Instituto Superior Tecnológico Guayaquil
e – mail :
1
jballesteros.istg@gmail.com,
2
omiranda.istg@gmail.com,
3
jessicabayas_14@hotmail.com,
4
dpunina.istg@gmail.com
BALLESTEROS, MIRANDA, BAYAS, PUNINA /
ANÁLISIS DE SELECCIÓN DEL MOTOR ELÉCTRICO PARA LA ADAPTACIÓN EN LA
CARROCERÍA MODIFICADA VOLKSROD DEL VOLKSWAGEN TIPO 1
Resumen
La investigación tiene como objetivo principal
el diseño dEl presente artículo tiene como objetivo
principal el proceso de selección del motor eléctrico
para la implementación en la carrocería modicada
Volksrod del Volkswagen tipo uno, fundamentada en
costo, eciencia, adaptabilidad, se utiliza las curvas
de tiempo de descarga sobre corriente de descarga y el
método ordinal corregido de los factores ponderados.
El proyecto basa su accionar en la integración total
de conocimientos adquiridos y de nuevos que permitan
potencializar a los involucrados; la modicación
estructural del Volkswagen tipo uno, pone en práctica
las competencias del saber hacer, la instalación de
nuevos sistemas tecnológicos complementa el resto
de los saberes, la propulsión eléctrica incorporada
en el vehículo parte de un comparativo de eciencia
entre los motores eléctricos.
Se presenta la aplicación de nuevas propuestas
de automoción, por motivo de abordar el tema
de la contaminación ambiental que producen los
automóviles hoy en día y es catalogado como un
problema a nivel global, para esto se han presentado
distintas soluciones, dentro de las cuales destaca
el vehículo eléctrico, el cual puede adquirir energía
a través de baterías recargables, y no emite gases
de efecto invernadero, reduciendo así tanto la
contaminación atmosférica como acústica.
Palabras Clave: Eciencia, Motor eléctrico,
adaptabilidad, volksrod.
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1. Introducción
En el vehículo Volkswagen escarabajo modicado
tipo Volksrod, al contar simplemente con un motor de
combustión interna provoca contaminación ambiental
por los gases que son expulsados por el tubo de
escape, perjudicando al medio ambiente y a la salud
de la ciudadanía a su vez son considerados como
generadores de glándulas cancerígenas a la piel y al
sistema respiratorio.
Al ser analizados estos factores, la solución óptima
es la adaptación de un motor eléctrico a la carrocería
del vehículo Volkswagen escarabajo modicado tipo
Volksrod, los vehículos eléctricos tienen cada vez más
protagonismo en las soluciones de movilidad del siglo
XXI, tanto en el ámbito comercial como particular
(otas de reparto, transportes...).
Existen muchos tipos de vehículos eléctricos:
coches, cuadriciclos, motos, bicicletas o incluso
patinetes, cada vez más presentes en las áreas
metropolitanas y en entornos turísticos. [1]
Categorías de vehículos eléctricos
Las diferentes categorías de vehículos eléctricos
son las siguientes: BEV, HEV, PHEV y FCEV, a
continuación, te explicamos sus características con
más detalle.
BEV (Battery Electric Vehicle) - Vehículo eléctrico
de batería
Los vehículos eléctricos que usan baterías, son
conocidos como BEV, automóviles completamente
eléctricos; en estos automóviles la propulsión se
realiza usando motores eléctricos su energía está
almacenada en su sistema de baterías interno, usando
tecnología de iones de litio, es considerado un vehículo
puramente eléctrico tiene como característica principal
la imprescindible su conexión a la red eléctrica para
poder efectuar la recarga de sus baterías y contar con
autonomía suciente.
HEV (Hybrid Electric Vehicle) - Vehículos híbridos
eléctricos; más conocidos como vehículos híbridos
eléctricos (HEV) reciben el nombre de híbridos
convencionales o también de híbridos no enchufables,
este tipo de vehículo se considera una mezcla entre
un vehículo eléctrico y uno convencional, porque
integran un motor de combustión interna, usa
combustible (gasolina o diésel) y un sistema de motor
eléctrico; las baterías se recargan usando la energía
generada por el motor de combustible y aprovechando
la energía recuperada cuando se produce el frenado
del vehículo, habiendo fases en las que se utiliza la
energía eléctrica, si hay energía suciente almacenada
en las baterías y en otros momentos se usa el motor de
combustión.
PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) - Vehículos
híbridos eléctricos enchufables
Los vehículos híbridos eléctricos enchufables
(PHEV) son una variante de los vehículos híbridos
convencionales que además cuentan con baterías de
almacenamiento de energía que se pueden recargar
usando la red eléctrica. Al poder usar energía
eléctrica almacenada en las baterías este tipo de
vehículos cuentan con una elevada autonomía en
modo totalmente eléctrico y cuentan además con la
posibilidad de un funcionamiento híbrido, de forma
similar a los vehículos híbridos no enchufables.
FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) - Vehículos
eléctricos con pila de combustible.
Los vehículos eléctricos de pila de combustible,
por sus siglas en inglés FCEV, es el menos
desarrollado en la actualidad, aunque cada vez son
más las investigaciones y desarrollos en este campo
a diferencia del resto de vehículos utilizan hidrógeno
como fuente de energía y permitiría integrar esta
fuente de energía en el transporte.
Estos vehículos eléctricos usan una pila de
combustible alimentada con hidrógeno para generar
energía eléctrica que es usada para alimentar el motor
eléctrico que impulsa el vehículo, el hidrógeno no
genera emisiones contaminantes en este proceso
por lo que es un aprovechamiento respetuoso con el
medio ambiente, siempre y cuando el hidrógeno se
haya podido obtener de un modo sostenible.
Elementos del vehículo eléctrico
Un coche eléctrico puede llegar a usar diferentes
tecnologías de propulsión y por lo general se compone
básicamente de los siguientes elementos:
La unidad de recarga interna (la infraestructura de
recarga externa no forma parte directa del vehículo
eléctrico).
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Los inversores sirven para transformar la corriente
continua que cede la batería principal en corriente
alterna por lo que este equipo es el que permite que se
pueda alimentar el motor en corriente alterna del coche
eléctrico gracias al uso de baterías que almacenan la
energía en forma de corriente continua.
Motores para vehículos eléctricos: tipos,
características y ventajas
El motor de un vehículo eléctrico es uno de los
elementos más importantes en su diseño, operación
y funcionamiento que determina la existencia o no de
otros componentes como inversores y convertidores,
los motores utilizados en un coche eléctrico pueden
ser de corriente continua o de corriente alterna.
Aunque en el mercado existen diferentes
tipos de motores eléctricos todos están formados
principalmente por un estátor, el rotor y la carcasa:
El estátor es la parte ja de la máquina rotativa
y pueden ser desde electroimanes hasta chapas
magnéticas.
Dentro se ubica el rotor, que es la parte móvil.
Los dos componentes están envueltos por la carcasa
metálica. [2]
Estos motores pueden ser de varios tipos para
cada tecnología, pero los más utilizados en tracción
eléctrica los que te presentamos a continuación.
Los motores eléctricos son aquellos aparatos que
tienen una transmisión con un par más amplio que
los convencionales, diseñados con un adaptador
especial con una caja de cambios útil para motores
AC (Corriente Alterna) los mismos que presentan un
amplio rango de velocidades mejorando su ejecución
a bajas velocidades, reduciendo la contaminación
ambiental, así como minimizando el ruido al máximo.
Motores Eléctricos
Los motores eléctricos son los encargados de
convertir la energía eléctrica en fuerza de giro por
la acción originada por campos magnéticos, donde
sus velocidades son constantes, soportan grandes
sobrecargas, con una construcción sencilla y fácil de
arrancarlos. [3]
Los motores eléctricos permiten generar un continuo
impulso mecánico cuya fuerza hace girar las ruedas
y pone el vehículo en marcha; donde se descubre
que el magnetismo produce electricidad a través del
a) Las baterías.
Los sistemas de conversión e inversores de
corriente continua/corriente alterna (CC/CA) o de
corriente continua/corriente continua (CC/CC).
b) El motor eléctrico.
Elementos y funcionamiento vehículo eléctrico
Los coches eléctricos disponen de una unidad
de carga y potencia interna su función es poder
transformar en corriente continua la energía de la
corriente alterna proveniente de la red eléctrica para
poder cargar la batería del vehículo eléctrico.
En los últimos 5 años la demanda de baterías
utilizadas por los vehículos eléctricos (20 kWh a 60
kWh) obliga a los fabricantes de vehículos a realizar
mejoras constantes en estas unidades de control
de potencia y a proponer nuevos diseños de ltros
internos para evitar la emisión de armónicos a la
red eléctrica y posibles corrientes de fuga tanto en
corriente alterna como en corriente continua.
c) Baterías
Existen muchos tipos de baterías, pero las de litio-
ion se han impuesto como la tecnología de referencia
por sus características que las hacen idóneas: no
presentan memoria, son muy duraderas y pueden
soportar muchos ciclos de cargar; las baterías de
litio-ion almacenan la energía que le cede el cargador
(conectado a una red de corriente alterna) en forma de
corriente continua.
Esta batería principal es el medio por el que se
alimenta todo el coche eléctrico por ello en los coches
que tienen un motor eléctrico de corriente continua
esta batería va directamente conectada al motor; en
cambio en los coches eléctricos que tienen un motor
eléctrico de corriente alterna la batería va conectada
a un inversor un equipo que transforma la corriente
continua en corriente alterna.
d) Conversores e inversores
Los conversores son equipos que transforman la
tensión de la electricidad suministrada por las baterías
generalmente disminuyendo su tensión hasta un nivel
de 12 Voltios, la tensión de funcionamiento habitual
de los elementos auxiliares de vehículo eléctrico, tales
como la iluminación y los sistemas de control, entre
otros.
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movimiento en base a teorías de electromagnetismo,
donde dos imanes rechazan o atraen en función de
las alineaciones de sus polos, que se opongan entre
sí, donde la parte giratoria, llamada rotor, se mueve
frente a la parte estática, usada para crear campos
eléctricos. [4]
Los motores eléctricos tienen una eciencia mayor
que los de combustión interna en un rango del 40
al 70%, son más ecológicos por no contener aceites
ni líquidos refrigerantes, así como ningún elemento
derivado del petróleo con una estructura simple y
facilidad de conducción y mínimo nivel de ruido
teniendo como desventaja su elevado precio como
mínima autonomía de una recarga completa, el cual
oscila en un máximo kilometraje de 500 Km, con
poca potencia.
Tipos de motores eléctricos
Junto con la batería y el motor forma la pareja más
importante de todos los componentes necesarios para
un vehículo eléctrico de él depende la eciencia, la
autonomía y las prestaciones; en el mercado existen
diferentes tipos de motores eléctricos, formados
principalmente por un estátor, rotor y carcasa.
El estátor es la parte ja de la máquina rotativa,
pueden ser desde electroimanes hasta chapas
magnéticas, que acoge en su interior al rotor, la parte
móvil; todo ello está envuelto por la carcasa metálica,
según su alimentación mediante corriente alterna o
continua y su arquitectura, se pueden dividir en las
siguientes categorías: [1]
a) Motor Asíncrono o de Inducción (AC)
Su principal característica es que el giro del rotor
no corresponde a la velocidad de giro del campo
magnético producido por el estátor.
Este motor está formado por un rotor que puede ser
de tipo jaula de ardilla o bobinado, en el estátor (anillo
cilíndrico de chapa magnética) se encuentran las
bobinas inductoras que son trifásicas, desfasadas entre
sí a 120º, las ventajas encontramos la alta eciencia,
coste bajo, abilidad, bajo ruido y vibraciones y par
constante en cambio sus contras son su baja densidad
de potencia el bajo par en el arranque y el riesgo de
sobrecarga es uno de los motores más utilizados en la
industria del VE por ello Tesla Motors lo usa en todos
sus modelos al igual que los pequeños fabricantes
Reva o Tazzari. [1]
b) Motor síncrono de imanes permanentes (AC)
Con una velocidad de giro constante siendo igual el
giro del rotor que la velocidad del campo magnético
creado por el estátor el motor síncrono de imanes
permanentes puede ser de dos tipos; de ujo radial o
de ujo axial, dependiendo de la posición del campo
magnético de inducción que puede ser perpendicular
o paralelo al eje de giro del rotor. Son más usados los
de ujo radial, en cambio los de ujo axial permiten
ser integrados directamente en la rueda del vehículo,
optimizando el espacio en el vehículo y simplicando
los acoplamientos mecánicos entre motor y rueda, son
los conocidos como «in-wheel motor».
Las ventajas de este tipo de motor son su alto
rendimiento, un control de velocidad sencillo, bajo
ruido, vibración, tamaño y peso. Aunque tienen un alto
coste, junto con los motores asíncronos, son los más
extendidos dentro de los VE e híbridos. Lo montan
Nissan, BMW, VW, Kia, BYD, Smart, el Outlander
PHEV y el iMiEV (y sus «mellizos» Peugeot iON
y Citröen C-Zero) de Mitsubishi o los híbridos de
Chevrolet, Opel, Toyota y Lexus. [1]
c) Motor síncrono de reluctancia conmutada o
variable. (AC)
La corriente es conmutada entre las bobinas de
cada fase del estátor hasta crear un campo magnético
que gira. El rotor, que está hecho con un material
magnético con polos salientes, son inuenciados por
el campo magnético, atrayéndose y creando un par que
mantiene el rotor moviéndose a velocidad síncrona.
Estos motores no necesitan imanes permanentes ni
escobillas, y tienen a favor su elevado par, robustez
y bajo coste, mientras que en contra tiene su baja
potencia y la complejidad de su diseño. Renault y su
departamento «Electric Powertrain» desarrollaron
el modelo 5A, un modelo de motor síncrono más
eciente que los de imanes permanentes. [1]
d) Motor sin escobillas de imanes permanentes
(DC)
Conocidos con «brushless», estos motores
poseen imanes permanentes situados en el rotor
que funcionan mediante la alimentación secuencial
de cada una de las fases del estátor. Pueden ser
«inrunner», mayor velocidad de giro y menor par, o
«outrunner» menor velocidad y mayor par. Aunque
son usados mayormente en vehículos híbridos, los
motores «brushless» ofrecen algunas ventajas para
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su uso en VE, su bajo ruido y rozamiento, robustez
y ausencia de mantenimiento. Por ahora son motores
poco experimentados, que tienen un precio elevado y
poca potencia. Lo ha montado Honda en algunos de
sus pre-series o prototipos eléctricos. [1]
Motor eléctrico versus motor de combustión: par,
potencia y eciencia
*Par motor: Es la fuerza con la que gira el eje del
motor, se mide en Newton/metro (Nm)
*Régimen de giro: Es el nº de vueltas que da el eje
motor por unidad de tiempo, se mide en revoluciones
por minuto (rpm).
*Potencia motor: Es la cantidad de trabajo realizada
por unidad de tiempo y se obtiene de multiplicar el par
por las revoluciones. Se mide en caballos de vapor
(CV o HP) o en Kilovatios (kW): 1 kW = 1,36 CV [5]
No es fácil explicar la diferencia entre par y potencia;
un ejemplo clásico es el de la bicicleta vamos en bici
a velocidad mantenida gracias a la potencia (W) de
pedaleo las revoluciones son las vueltas completas del
pedal y el par es la fuerza ejercida sobre los pedales,
supongamos ahora que cambiamos a piñón pequeño
manteniendo la velocidad: el desarrollo se alarga,
las rpm disminuyen y el pedaleo se hace más duro,
necesitaremos más par.
Los grácos de potencia, par y revoluciones denen
las relaciones entre estos parámetros para cada motor y
como luego veremos los motores eléctricos presentan
ventajas importantes frente a los térmicos es esta área.
También reseñar que para mover cargas pesadas
(locomotoras, camiones, tractores…) se utilizan
motores elásticos (buenos valores de par desde bajas
vueltas) y de par muy elevado, mientras que para
cargas ligeras o competición se utilizan motores muy
revolucionados en los que el par a bajas vueltas no es
tan importante.
Un ejemplo: cualquier motor turbodiesel actual
de 2 litros tiene un par motor similar o superior a
un motor de F1 pero mientras que él 1º lo alcanza a
menos de 2000 rpm, el otro lo alcanza a más de 15.000
rpm con lo que las diferencias nales de potencia son
abismales.
Figura 1.curvas par motor
En la Figura 1 podemos ver las curvas típicas de un
motor eléctrico y de un motor de gasolina de 1600 cm3
comparado con dos motores de Nissan de 109 CV de
potencia.
La potencia máxima es la misma, pero en realidad
el motor eléctrico es más potente es casi todas las
circunstancias: hasta 1000 rpm ofrece más del triple
de potencia, hasta 2000 rpm más del doble aunque
las curvas se van acercando hacia las 6.000 rpm, la
gasolina corta a 6.500 rpm y el del Leaf aún ofrece
su potencia máxima hasta 9800 rpm y gira hasta las
10.400 rpm, cuando la gente prueba un coche eléctrico
por primera vez se sorprende por la sensación de
potencia a velocidades bajas o medias es una sensación
más potente que un vehículo térmico equivalente en
esas condiciones.
Otro factor diferenciador importante es que el motor
térmico es incapaz de girar por debajo del régimen de
ralentí (unas 700 rpm): el giro se vuelve inestable y se
cala, en cambio el eléctrico es capaz de girar igual de
equilibrado y con la misma fuerza (par) a 20 rpm que
a 2000 rpm y desde 0 rpm dispone ya del par máximo
el motor eléctrico no necesita girar cuando el vehículo
está parado ni un embrague para iniciar la marcha
y como para el inicio de la marcha lo importante es
el par y no la potencia si le acoplamos una caja de 5
marchas sería capaz de arrancar con toda suavidad con
cualquiera de ellas, aunque lógicamente en las marchas
largas las aceleraciones serían menos brillantes. [5]
Un dato adicional del Leaf, su reductora tiene un
desarrollo nal similar al de una 2ª típica de un coche
térmico (14,3 km/h por 1000 rpm), por lo que alcanza
su régimen máximo de giro a 150 km/h, limitando de
esta forma su velocidad máxima.
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Figura 2.par de motores eléctricos
En la Figura 2 se muestra el par de motores
eléctricos: Fluence 95 CV y Kangoo 60 CV. En realidad,
estamos ante el mismo motor, como demuestra el
hecho de que el par máximo sea idéntico. Cambian las
especicaciones, de manera que el motor del Fluence
es capaz de mantener el par a más revoluciones. Llama
la atención unas curvas de par atípicas, con un trazo
ascendente en las primeras rpm. Renault anunció hace
tiempo una limitación electrónica del par a pocas
vueltas para conseguir más suavidad y progresividad
en las arrancadas. Quizás la causa hay que buscarla
en los desarrollos de transmisión escogidos, aún más
cortos que en el Leaf: 11 km/h a 1.000 rpm (Kangoo)
y de 12 km/h a 1000 rpm (Fluence). Esto signica
que en la Kangoo, el motor gira a 12.000 rpm a 130
km/h y en el Fluence gira a más de 11.000 rpm a 135
km/h. [5]
Las ventajas de los coches eléctricos
Se dice que los motores eléctricos ofrecen menos
potencia que los de combustión interna, que la
autonomía es mínima y que los tiempos de carga
pasan de las 24 horas es posible que ello haya sido así
hace muchos años la realidad hoy es que los coches
eléctricos ofrecen múltiples ventajas veamos:
Mayor eciencia del motor: los vehículos eléctricos
utilizan entre 0.1 y 0.23 kW/h por kilómetro. Es un
indicador muy bajo, pero será aún menor en poco
tiempo, ya que un poco más de la mitad de este
consumo se deriva de la ineciencia en el proceso de
carga de las baterías.
Cero emisiones: el vehículo eléctrico es la única
solución que logra obtener cero emisiones de
residuos, de gases efecto invernadero y de emisiones
de contaminantes.
Silencio total: los vehículos eléctricos ofrecen una
experiencia de conducción, que se caracteriza por
el desplazamiento suave y silencioso. Esto se logra
gracias a la ausencia de piezas móviles en el motor,
por la ausencia de explosiones en el proceso de
combustión, pero también gracias a poder prescindir
de un sistema de escape, que suele ser la principal
fuente de ruido en un automóvil convencional.
Costes de la energía: el coste de la energía utilizada
en vehículos eléctricos equivale a un tercio del valor
del combustible utilizado en los vehículos con motor
de combustión interna.
Menores costes de mantenimiento: los coches
eléctricos tienen menos costes de mantenimiento ya
que no requieren cambios de aceite frecuente y otras
operaciones de mantenimiento, en la medida en que
sus motores no cuentan con piezas móviles o que
tengan roce entre sí el desgaste es mucho menor.
Frenado regenerativo: un motor eléctrico funciona
como un generador, durante el frenado del coche la
salida de energía producida después de convertida se
utiliza para recargar las baterías esto signica que el
vehículo devuelve energía al sistema.
Comodidad y confort: la conducción de los coches
eléctricos es agradable y suave se evita tener que
presionar el pedal del embrague y se prescinde de la
caja de cambios.
El par, en los motores eléctricos es constante a
cualquier rotación, proporcionando así prestaciones
interesantes. [6]
Desventajas de los vehículos eléctricos
Peso de las baterías: una de las principales
desventajas de estos coches, es el peso de sus baterías.
Aunque ha habido avances tecnológicos, para obtener
menor peso y mayor autonomía, las baterías de un
Tesla Roadster, por ejemplo, pesan 450 kilogramos.
Vida útil de las baterías: un conjunto de baterías
para un coche eléctrico puede tener una vida útil que
oscila entre los 160.000 y los 200.000 kilómetros,
lo que, sumado a su alto coste, representa una gran
desventaja.
Rendimiento en bajas temperaturas: las baterías de
automóviles eléctricos aún presentan serios problemas
cuando son exigidas en condiciones de temperaturas
muy bajas, presentando una notoria pérdida de
eciencia.
Autonomía: este es un tema relacionado
directamente con las baterías, su tamaño y la tecnología
utilizada la autonomía de los coches eléctricos es aún
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limitada en comparación con un motor de combustión
interna, aunque ya se cuenta con coches que ofrecen
hasta 600 kilómetros de autonomía –lo cual resulta
ideal–, se trata de vehículos de alta gama.
Los coches de segmento medio apenas ofrecen
autonomía que va desde los 100 hasta los 200
kilómetros en promedio.
Tiempo de carga: Las baterías de iones de litio,
cuando se cargan en estaciones dispuestas para tal
n, pueden obtener el 80 % de su capacidad en lapsos
de tiempo relativamente cortos, que van desde los 15
hasta los 20 minutos. Por supuesto, esto no se compara
con los 3 o 4 minutos que tardas en llenar el depósito
de combustible de un auto convencional.
Cuando la carga se realiza en casa, en una toma
normal de 220V, tarda 6 a 8 horas.
Coste de adquisición: A pesar de que estos coches
tienen menores costes de operación y mantenimiento,
los vehículos eléctricos tienen un coste de adquisición
mucho más alto que el de un coche a gasolina.
Además, el coste de las baterías, sigue siendo un
factor que pesa en contra.
El futuro de la automoción se dirige hacia coches
que sean más amables con el medio ambiente.
Mientras se generalizan estas alternativas, la compra
de un coche en una etapa de transición como la actual,
podría no ser una opción inteligente, según el uso que
hagas del mismo. [6]
Se utiliza el método ordinal corregido de criterios
ponderados que nos permite realizar en las diferentes
etapas del proceso de diseño, un despliegue de
alternativas corresponde hacer una evaluación de
estas que sirva de base para la posterior toma de
decisiones. [7]
Estas evaluaciones en general no se centran sobre
un determinado elemento, sino que se deben ponderar
distintos aspectos del sistema en base a criterios
que a menudo implican juicios de valor. Para tomar
una decisión siempre deben estar presentes los dos
elementos siguientes.
a) Alternativas Como mínimo debe de disponerse
de dos alternativas (lo más adecuado es entre 3
y 6) cuyas características deben ser diferentes.
b) Criterios Hay que establecer los criterios en
base a los cuales las alternativas deberán ser
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evaluadas, así como también la ponderación
relativa entre ellas [8]
Dado que en todas las soluciones de ingeniería
intervienen múltiples aspectos que hay que considerar
de forma global, en todos los métodos de evaluación
aparece el problema de la ponderación de criterios.
Existen numerosos métodos de evaluación que pueden
agruparse en:
1. Métodos ordinales El evaluador clasica por
orden las diferentes soluciones alternativas
para cada criterio. El inconveniente de estos
métodos consiste en la dicultad de integrar
los resultados de los distintos criterios en una
evaluación global, ya que no es sensible a las
ponderaciones de los criterios.
2. Métodos cardinales. El evaluador debe
cuanticar sus juicios en relación con
la efectividad de las alternativas y a la
importancia de los criterios. Estos métodos
facilitan la integración de las evaluaciones
parciales en un resultado global, pero a menudo
la cuanticación puede resultar arbitraria,
especialmente en las etapas iniciales de diseño.
[9]
Método ordinal corregido de criterios ponderados
La mayor parte de las veces, para decidir entre
diversas soluciones (especialmente en la etapa
de diseño conceptual) basta conocer el orden de
preferencia de la evaluación global. Es por ello
que se recomienda el método ordinal corregido de
criterios ponderados que, sin la necesidad de evaluar
los parámetros de cada propiedad y sin tener que
estimar numéricamente el peso de cada criterio,
permite obtener resultados globales sucientemente
signicativos. Se basa en unas tablas donde cada
criterio (o solución, para un determinado criterio) se
confronta con los restantes criterios (o soluciones) y
se asignan los valores siguientes: [10]
1 si el criterio (o solución) de las las es superior (o
mejor; >) que el de las columnas
0,5 Si el criterio (o solución) de las las es
equivalente (= ) al de las columnas.
0 si el criterio (o solución) de las las es inferior (o
peor; <) que el de las columnas
Luego, para cada criterio (o solución), se suman los
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valores asignados en relación a los restantes criterios
(o soluciones) al que se le añade una unidad (para
evitar que el criterio o solución menos favorable
tenga una valoración nula); después, en otra columna
se calculan los valores ponderados para cada criterio
(o solución).Finalmente, la evaluación total para cada
solución resulta de la suma de productos de los pesos
especícos de cada solución por el peso especíco del
respectivo criterio. [11]
Alternativas:
Alternativa 1. Motor Motenergy ME-1003 Fuente
Tabla 1. Características motor Motenergy
Eficiencia 90%
Voltaje 48-72V
Peso 1 8Kg
Corriente continua
máxima
400 A/1min
Torque máximo 240 lb-in o 16
Nm a 48V
Rotación Máxima 5000 rpm a
72V y 2600 rpm a
48 V
Diámetro 28 cm
Máxima temperatura de
funcionamiento
155 °C
Dirección de rotación Bi-direccional
Capacidad de carga 600 kg máx
Potencia 6 -9,5 KW
Alternativa 2. HEPU POWER TECHONOLOGY
CO., LTDA.
Tabla 2. Características motor Hepu
Alternativa 3. EMRAX 228
Tabla 3. Características motor EMRAX
Peso del motor eléctrico 11,5 kg
Controlador DC/AC SAC-40
Potencia máxima del motor 40kW - 68 HP
Tensión nominal 200 V DC
Par continuo/pico 130 Nm / 250 Nm
Velocidad del motor 1900 rpm
Capacidad de energía 8 kW
Costo: Este parámetro permite evaluar los costos
originados, de tipo monetario, representado en la
adquisición de los productos.
Eciencia: Es la capacidad que se da para cumplir
y trabajar al máximo rendimiento en una función
adecuada.
Adaptabilidad: Es la calidad de ajuste y
acoplamiento, que se da, de un elemento en otro.
Facilidad de mantenimiento: Es el mantenimiento
que se debe dar a un producto delimitado.
Voltaje Pico: Es la máxima capacidad física que
se da en un circuito eléctrico, de un determinado
elemento o producto.
En primer lugar, se realiza un recuento de las
constantes y variables de cálculo de este diseño.
Una vez denido todos los criterios se procede a
jerarquizar en el siguiente orden:
1. Costo
2. Eciencia
3. Voltaje Pico
4. Facilidad de mantenimiento
5. Adaptabilidad
Los criterios de valoración que se consideraron
son:
a) Al adquirir tecnología de punta para el
desarrollo del proyecto los costos son elevados
y es una fuerte limitante para alcanzar los
resultados esperados.
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b) Alta eciencia considera los aspectos que
permitan la obtención de la autonomía
requerida.
c) Voltaje pico adecuado que garantice el
funcionamiento del sistema.
d) Procesos de mantenimiento que procuren la
abilidad del automotor.
e) El objetivo del proyecto es la adaptabilidad del
motor eléctrico al vehículo modicado.
Tabla 4. Valoraciones
Según la evaluación del criterio de costo, la
alternativa 2, tiene una ponderación mayor que la
alternativa 1 y que la 3, concluyendo que el motor
de Marca HEPU POWER TECHONOLOGY CO.,
LTDA. es más accesible que el de tipo Monternigy
Drive y que el EMRAX 228.
Tabla 5. Evaluación del criterio de costo
En la evaluación planteada referente al criterio de
Eciencia, se concluye que las 3 alternativas tienen
características similares
Tabla 6. Evaluación del criterio de Eciencia
El análisis del voltaje pico determina que la
alternativa 2 y 3 tienen un voltaje pico similar, en
tanto que la alternativa 1 es menor.
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Tabla 7. Evaluación del criterio del voltaje pico
La evaluación de mantenimiento considero
rotación de repuestos, procesos de mantenimiento y
aspectos técnicos del motor con lo cual la alternativa
1 y 2 tienen iguales valores, la opción 3 se encuentra
muy por debajo.
Tabla 8. Evaluación del criterio de mantenimiento
Según la propuesta planteada referente al criterio
de Adaptabilidad, se concluye que las opciones
tienen similares cualidades ya que estos motores son
exclusivamente para la implementación en vehículos
que se quieren convertir a eléctricos.
Tabla 9. Evaluación del criterio de adaptabilidad
De los resultados obtenidos considerando los
criterios de análisis se toma como prioridad la
alternativa 2 - Hepu Power Techonology Co., Ltda.
Tabla 10: Tabla de conclusiones
Los datos técnicos del motor seleccionado establecen
15Kw de potencia para lo cual se va a justicar que el
valor dado cumple con los requerimientos del sistema
de la siguiente manera.
฀฀á฀. = ฀฀á฀.฀ ฀฀á฀.
Dónde:
Potencia Máxima = Pmáx.
Fmáx. = 1050 Kg dato originado del pesaje del
auto después de las respectivas modicaciones
Vmáx. = Velocidad máxima en las zonas urbanas es
de 50 km/h = 13.889 m/seg. (ANT, 2019)
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Figura 3-. Placa del motor eléctrico [12]
Figura 4. Diagrama de cuerpo libre
Tabla 11. Valores promedio del coeciente de fricción longitudinal
Número de baterías.
Se selecciona la batería con la relación del voltaje
del motor y voltaje de la batería.
V = voltaje del motor = 96 Voltios.
v = voltaje de cada batería = 12 Voltios
N = Número de baterías
Obteniendo un total de ocho baterías
Autonomía del Vehículo
La autonomía se determina de la siguiente manera:
• Vmáx. = Velocidad máxima en las zonas
urbanas es de 50 km/h = 13.889 m/seg. Valor
referencial tomado de la Agencia Nacional de
Tránsito del Ecuador
• C: Corriente de cada batería (A): 37.5 A
• Capacidad Nominal de la Batería: 150 Ah
• T: Tiempo de Autonomía (s)
• d: Distancia de Autonomía (m)
Como no se tiene el tiempo de autonomía se
procede a determinar de la siguiente manera, tal y
como lo muestra la Figura 5.
Figura 5. Corriente vs tiempo de descarga para motores
En base a la corriente de descarga que es de 37.5
Amperios y la Capacidad Nominal de la
Batería: 150 Ah, se determina que el Tiempo de
Descarga de la Batería es de 3 Horas.
Una vez determinado el Tiempo de Autonomía
nominal de 3 horas, se procede a determinar
la Distancia de ideal de recorrido de la siguiente
manera:
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2. Conclusiones
Basados en los criterios de selección costo,
eciencia, adaptabilidad, mantenimiento y voltaje
pico, determinamos que la fuente con mayor poder
para el vehículo Volksrod es el motor marca Hepu
Power Techonology Co., Ltda.
Se consideró distintos tipos de escenarios en
las pruebas de ruta, obteniendo que en 21 Km de
recorrido las baterías evidenciaron un 25% de
desgaste, permitiendo determinar que el vehículo en
terreno plano podrá llegar a los 84 Km antes de una
descarga total de las baterías y en tramos sinuosos en
un recorrido de 26 Km un desgaste del 40%, por lo
que a los 65 Km de recorrido las baterías requieren
carga.
Las 8 baterías permitirán alcanzar distancias
cortas como Ambato - Baños, dentro de los márgenes
establecidos de velocidad en un rango promedio
de 50 km/h, con una potencia máxima de 15 KW
y durabilidad de 3 horas, para lo cual se tiene tres
opciones de abastecimiento de energía , la primera
con una toma directa con un tiempo de carga de 2
horas, la segunda con una toma a 220v con un tiempo
de carga de 4 horas y la tercera con una toma de 110v
con el tiempo de carga de 6 horas.
3. Referencias
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electromovilidad.net/tipos-de-motores-
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funcionamiento. [Último acceso: 2019].
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en el desarrollo del coche eléctrico; no todo
es cuestión de baterías,» 12 Marzo 2018. [En
línea]. Available: https://www.motorpasion.
com/tecnologia/los-motores-son-tambien-clave-
en-el-desarrollo-del-coche-electrico-no-todo-
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bobinas%20m%C3%A1s%20grandes.. [Último
acceso: 2019].
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4. Biografía
1
Juan Ballesteros. – Maestría en
Seguridad Industrial Mención
Prevención de Riesgos y Salud
Ocupacional (Universidad
Nacional de Chimborazo),
Diplomado Superior en Currículo
por Competencias (Universidad
Técnica de Ambato), Ingeniero de
Ejecución en Mecánica Automotriz (Escuela
Politécnica del Ejército), Docente de Mecánica
Automotriz en el Instituto Superior Tecnológico
Guayaquil.
2
Vladimir Miranda. – Maestrante
de Pedagogía con mención en
Educación Técnica Tecnológica
(Ponticia Universidad Católica
del Ecuador sede Ambato),
Ingeniero Automotriz (Escuela
Superior Politécnica del
Chimborazo). Diplomado en Gestión del
Mantenimiento, Formador de formadores, Docente de
Mecánica Automotriz en el Instituto Superior
Tecnológico Guayaquil.
3
Lizbeth Bayas. - Ingeniera en
Marketing y Gestión de Negocios
(Universidad Técnica de Ambato),
Formador de formadores, Diseño
de experiencia en Servicios,
Asesora de admisión por la
Universidad Autónoma de Los
Andes UNIANDES
4
Diego H. Punina. – Ingeniero
Automotriz (Escuela Superior
Politécnica del Chimborazo).
Diplomado en Gestión del
Mantenimiento, Formador de
formadores, Docente de
Mecánica Automotriz en el
Instituto Superior Tecnológico
Guayaquil.
REGISTRO DE LA PUBLICACIÓN
Fecha recepción 30 octubre 2020
Fecha aceptación 05 Diciembre 2020
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