REVISTA ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
Vol. 13 Núm. 1 / 2024
MONTÚFAR P., CALVA R., FLORES A., Obtención del ciclo de conducción urbano para la ciudad de Riobamba en horas pico y
no pico mediante la recolección de datos de los factores de operación y consumo energético obtenido por un dispositivo OBD
Edición No.13/2024 (10) ISSN 1390- 7395 (4/10)
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Obtención del ciclo de conducción urbano para la ciudad de Riobamba en horas
pico y no pico mediante la recolección de datos de los factores de operación y
consumo energético obtenido por un dispositivo OBD
Obtaining the urban driving cycle for the city of Riobamba in peak and non-
peak hours by collecting data on the operation factors and energy consumption
obtained by an OBD device.
Paúl Montúfar1, Roberto Calva11, Andrés Flores1
1 Escuela Politécnica de Chimborazo/Facultad de Mecánica, Riobamba, Ecuador
Correspondencia Autores: roberto.calva@espoch.edu.ec, andres.flores@espoch.edu.ec;
Recibido: 10 de noviembre 2024, Publicado: 18 de diciembre de 2024
Resumen— El objetivo de la presente investigación fue
realizar el ciclo de conducción ideal para la ciudad Riobamba
mediante la obtención de factores de operación de motores de
combustión interna para reproducir el consumo de
combustible segundo a segundo de vehículos livianos e
identificar el perfil de conducción en la ciudad. Se realizaron
pruebas en ruta, un total de 146 en 10 vehículos. En la
obtención de datos en rutas, se eligió diferentes parámetros a
monitorizar mediante el software de teléfonos, “Torque Pro”.
Mediante el método de microciclos, se obtuvo un número de
806 microciclos, a partir del número total de rutas,
considerando la velocidad inicial y final igual a cero, tomando
en cuenta los tiempos de ralentí. Se clasificó el número de
vehículos por su cilindrada. Se procedió a realizar una
filtración por la herramienta conglomerados de Minitab. Para
la elección final de microciclos, se realizó una filtración
aleatoria de microciclos que se acerquen al rango de la
velocidad promedio con una tolerancia de ±5% en los
microciclos en estudio hasta alcanzar la longitud de 800±60
segundos. Se obtuvieron 4 ciclos de conducción para
automóviles de diferente cilindrada. Con un rango de 9 a 17,5
L/100km instantáneos. Se expresó mediante los ciclos de
conducción urbanos, que la ciudad de Riobamba presenta una
conducción lenta pero agresiva, con una tasa elevada de
consumo de combustible por sus tiempos en velocidades
menores a 20 km/h. Se sugiere hacer más estudios referentes
al consumo de combustible con respecto al tráfico de la
ciudad, y tomar en cuenta estas interpretaciones para tener
nuevas alternativas que controlen el gasto energético de los
automóviles que transitan en la ciudad.
Palabras clave— Ciclo de conducción, Vehículos livianos,
Método de microciclos, Factores de operación, Consumo de
combustible
Abstract— The objective of the present investigation was to
carry out the ideal driving cycle for the city Riobamba by
obtaining internal combustion engine operation factors to
reproduce the second to second fuel consumption of light
vehicles and identify the driving profile in the city. Road tests
were conducted, a total of 146 in 10 vehicles. In obtaining route
data, different parameters were chosen to be monitored using
the telephone software, “Torque Pro”. Using the microcycle
method, a number of 806 microcycles was obtained, from the
total number of routes, considering the initial and final speed
equal to zero, taking into account the idle times. The number of
vehicles was classified by their displacement. Filtration was
carried out by the Minitab chipboard tool. For the final choice
of microcycles, a random filtration of microcycles approaching
the average speed range was performed with a tolerance of ±
5% in the microcycles under study to reach the length of 800 ±
60 seconds. Four driving cycles were obtained for cars of
different displacement. With a range of 9 to 17.5 L / 100km
instantaneous. It was expressed through urban driving cycles,
that the city of Riobamba has a slow but aggressive driving, with
a high rate of fuel consumption for its times at speeds below 20
km / h. It is suggested to do more studies regarding fuel
consumption with respect to city traffic, and to take into account
these interpretations to have new alternatives that control the
energy expenditure of cars traveling in the city.
Keywords— Driving cycle, Light vehicles, Macrocycle
method, Operating factors, Fuel consumption
I INTRODUCCIÓN
La evolución del campo automotor tiene un
crecimiento progresivo a través del tiempo. Lo cual incide
en que se desarrollen tecnologías automotrices capaces de
abastecer la demanda con altos estándares de calidad y
amigables con el medio ambiente. Por lo tanto, entidades
estatales en países desarrollados establecen políticas y
reglamentos basados en el uso racional de los recursos
disponibles y que regulan la libre circulación de
automotores en beneficio del ecosistema.
Hoy en día, los países de América Latina y el Caribe,
en vías de desarrollo económico tienden a apostar a
alcanzar mayores niveles de eficiencia energética para
alcanzar la sostenibilidad.
Ecuador, dentro de su plan de desarrollo para un buen
vivir apunta a una sociedad donde la eficiencia energética
juega un rol imprescindible para el desarrollo de la
comunidad ecuatoriana. Si más bien, el país aún depende
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de recursos de combustibles fósiles, es necesario
encontrar lineamientos que favorezcan su óptima
utilización en el sector automotriz. Es por eso que, la ley
de Eficiencia Energética, tiene focalizado incentivar a las
empresas a formular sistemas más limpios para el
transporte.
Particularmente, en la ciudad de Riobamba, no se
dispone de la información pertinente al ciclo de
conducción urbano. Siendo, el transporte terrestre una
actividad económica estratégica de la ciudad, se propone
en la presente investigación experimental obtener el ciclo
de conducción de la zona urbana en vehículos livianos a
través de la tecnología OBD II. Por lo tanto, con la
información obtenida se pretende sentar las bases de
investigación para alcanzar una mejor eficiencia
energética que a futuro sea útil para establecer una mejor
estructura y organización al sistema vehicular urbano
riobambeño.
II MÉTODOS Y MATERIALES
Motor de Combustión Interna
Es un tipo de máquina que a partir de la energía
química de un combustible obtiene energía mecánica, tal
como se aprecia en la figura 1
El proceso de combustión se produce dentro de la
máquina [7].
Fig. 1 Motor de combustión interna
Se clasifica en ciclo Otto y diésel acorde a su
funcionamiento. El motor ciclo Otto puede clasificarse
en: • Gasolina
• GLP (Gas licuado de petróleo)
• GNC (Gas natural comprimido)
• Etanol
El mecanismo de funcionamiento se basa en la
interacción de los elementos que se aprecian en la figura
2. Donde el cilindro aloja un pistón que se ajusta a sus
paredes mediante unos anillos que evitan que los gases se
introduzcan en la parte inferior del motor y contribuyan a
la lubricación del motor. El pistón se halla unido a una
biela, la cual transmite la fuerza de explosión al codo de
un cigüeñal. Con esta interacción el movimiento
alternativo del pistón se convierte en un movimiento de
rotación mediante el eje del cigüeñal. La parte superior
del cilindro se cierra mediante la culata o cabezote, donde
se alojan las válvulas que son accionadas por un eje de
levas que permiten el ingreso o salida de los gases del
cilindro. El eje de levas recibe el movimiento del cigüeñal
a través de una cadena o banda dentada y gira con la mitad
de revoluciones que el cigüeñal.
El cuerpo encargado de alojar el mecanismo cilindro-
pistón es el bloque cuya parte inferior se sella con el
cárter, donde se encuentra el aceite, que tiene la función
de lubricar y contiene ductos de refrigeración [7].
Fig. 2. Esquema básico del MCI
El objeto de investigación está enfocado al estudio
en vehículos a gasolina.
Termodinámica de la combustión
El aire está compuesto por nitrógeno molecular (N2),
oxígeno molecular (O2), vapor de agua (H2O), dióxido
de carbono (CO2) y argón (Ar) [21]. La cantidad de cada
uno de estos componentes varía dependiendo de la
situación geográfica y condiciones meteorológicas.
Los procesos de combustión interna son:
• Combustión completa: se genera cuando existe una
oxidación total de cada uno de los elementos que
conforman el combustible. El balance estequiométrico
ideal del octano corresponde a:
2C2H18 + 25O2 + 94N2 → 16CO2 + 18H2O + 94N2
+ Calor
• Combustión incompleta: no se oxida totalmente el
combustible y los productos de la combustión varían en
función de la cantidad de oxígeno existente. Por ende, se
forman sustancias como el monóxido de carbono y
corresponde al siguiente balance:
aCnHm + bO2 + cN2 + Contaminantes → dCO2 +
eH2O + fCO + gHC + hSOx + iNOx + Calor +
Subproductos.
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• Combustión teórica: está relacionada con el cálculo
de las relaciones cuantitativas entre reactantes y
productos del balance.
• Combustión pobre: es la reacción que se produce
cuando existe una menor cantidad de combustible en
contraste con la cantidad de aire necesaria para la
combustión.
• Combustión rica: se obtiene al reaccionar una
mínima cantidad necesaria y existe una mayor presencia
de combustible en relación al aire requerido para la
combustión.
Ciclo Termodinámico del motor Otto
Las cuatro operaciones que priman el funcionamiento
del motor Otto son: admisión, compresión, expansión y
escape; cada operación se efectúa cada 180º y el proceso
completo termina en 720º; la carrera lineal del pistón va
desde el punto muerto superior (PMS) hasta el punto
muerto inferior (PMI). En la figura 3 se puede visualizar
la representación del diagrama presión – volumen del
ciclo en mención.
Fig 3. Ciclo Otto
Los procesos termodinámicos para el ciclo Otto
comprenden [23]:
• Adiabático o isentrópico (1-2): sin transferencia de calor
con el exterior, compresión del fluido de trabajo.
• A volumen constante (2-3): introducción instantánea del
calor.
• Adiabático (3-4): expansión
• A volumen constante (4-1): extracción instantánea del
calor.
Emisiones contaminantes
El motor de combustión ciclo Otto produce una
combustión incompleta, la cual provoca gases
contaminantes que afectan a la salud humana [13]. Los
gases generados en la reacción se clasifican en:
• Tóxicos: Los gases de escape comprenden:
monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (HC), óxidos
de nitrógeno (NOx), ozono (O3) y óxido de azufre (SO).
• Inofensivos: Oxígeno molecular (O2), Nitrógeno
molecular (N2), dióxido de carbono (CO2) a niveles de
2000 ppm y Agua (H2O).
En el año 2016, el Ecuador ha matriculado un total de
2 056 213 vehículos, en el cual, la provincia de
Chimborazo (Riobamba como cabecera cantonal) registra
32 960 vehículos matriculados [11], ver figura 4
Existe una emisión de 289,3 kilotoneladas (kt) de
CO2 en el año 2014 por parte de la combustión de
combustible en los vehículos en el Ecuador [10], ver
figura 5-2.
Fig 4 Vehículos matriculados en Ecuador.
Control de emisiones contaminantes
Los sistemas de control de emisiones de escape se han
creado con el propósito de minimizar los elementos
contaminantes producidos por el automotor en el ciclo de
combustión [23] y son:
• Ignición electrónica: consiste en un sistema electrónico
que interrumpe la corriente del primario de la bobina para
generar por autoinducción la alta tensión que requiere la
bobina.
• Control de combustión (sensor de oxígeno): consiste en
un sensor alojado a la salida del escape del motor que
censa los gases de combustión y retroalimenta
constantemente a la unidad de control del motor que
adecua la mezcla aire-combustible acorde al estado de
funcionamiento del vehículo.
• Unidad electrónica de control: está conformada por una
unidad de control asociada a sensor MAP, sensor de
posición del acelerador, sensor de temperatura y oxígeno
y otros, que monitoriza y determina las cantidades
adecuadas de cantidad de combustible, punto de ignición
y demás parámetros.
• Sistema de inyección adicional de aire en el escape: se
encarga de inyectar aire fresco dentro del múltiple de
escape del motor reduciendo los productos incompletos
de la combustión.
• Sistema de ventilación positiva del cárter (PCV): está
compuesto por una válvula PVC, que extrae los gases del
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cárter. La válvula se ubica en la tapa de las válvulas y se
comunica directamente con el múltiple de admisión y
trabaja en función de la carga del múltiple. Es así como
una cantidad de los gases que fluyen hacia el múltiple de
admisión son parte de los gases del cárter del motor, los
mismos que son empleados para la combustión y reducen
las emisiones nocivas de los gases.
• Sistema de emisiones evaporativas (EVAP): este
sistema se encarga de recolectar los gases que se forman
cuando el combustible está almacenado en el tanque. Los
gases son llevados por medio de un conjunto de válvulas
hacia el canister de carbono para su almacenamiento
hasta ser purgados hacia el motor para su combustión.
• Sistema de recirculación de gases de escape (EGR): su
finalidad es reducir las emisiones de óxido de nitrógeno,
introduciendo los gases del escape dentro de la cámara de
combustión a través de una válvula de recirculación de
los gases entre el escape y el múltiple de admisión. Por lo
tanto, disminuyen los picos de temperatura en la
combustión.
• Convertidor catalítico: este dispositivo funciona
idealmente entre 400º y 700º, se encarga de transformar
los gases contaminantes por medio de la técnica de la
catálisis en gases inertes y reducir los elementos nocivos.
Eficiencia energética del motor de combustión
interna
Un MCI alimentado por gasolina, no logra alcanzar el
100% de la eficiencia térmica [7]. El 30% de la energía
calórica que contienen se transforma en movimiento y el
restante se disipa hacia la atmósfera. El diagrama Sankey
de la figura 6 permite apreciar el balance de la energía de
ingreso y de salida.
Fig . 6 Eficiencia del MCI
Ciclos de conducción.
El ciclo de conducción del vehículo es una serie de
puntos de datos que representan la velocidad de un
vehículo frente al tiempo. Este ciclo refleja la condición
de trabajo real de un automotor en condiciones de tráfico
específicas, se trata de una evaluación razonable desde la
perspectiva económica y de emisiones del vehículo [13].
Los ciclos de conducción son una herramienta
estadística que genera un perfil de velocidad contra
tiempo, siendo información estratégica para la industria
automotriz y las entidades que se encargan de crear
políticas a favor de mitigar las emisiones hacia el
ambiente.
En China continental y la India, la densidad de los
vehículos en la carretera suele ser mayor y los sistemas
de gestión de tráfico son menos avanzados que en otros
países, por lo cual, sus aceleraciones promedio son
elevadas [1], como se lo expresa en la tabla 1.
Tabla 1. Características de conducción en el mundo
Una comparación de ciclos de conducción entre los
continentes de Asia y Europa, determinó que el
continente asiático presenta la conducción más lenta pero
más agresiva, mientras el europeo es más rápido, pero
más suave [2].
Ciclo de conducción para Estados Unidos
Los ciclos de este país son denominados Federal Test
Procedure (FTP), son de índole gubernamental y
fueron creados para darle una regulación a los
inventarios de emisiones y consumo de combustible
de los vehículos livianos [9]. Estos ciclos fueron
originados en los Ángeles en un viaje de rutina de
casa al trabajo por la mañana a mediados del año 1960
en un vehículo Chevrolet 1964, siendo los parámetros
medidos: velocidad del vehículo, presión en el
múltiple de admisión y giro de motor. Fue una ruta de
12 millas y se nombró “LA4”. Así también sobresalen
los ciclos: • FTP
72: se lo conoce también como “Urban Dynamometer
Driving Schedule (UDDS)”. Simula un trayecto
urbano de 12.07km con paradas frecuentes, la
velocidad máxima y promedio corresponde a:
91.26km/h y 31.6km/h, respectivamente. Posee dos
fases en el tiempo de: 505s (arranca desde un estado
frío, avanza 5.78km a 31.6km/h promedialmente) en
867s. Este ciclo se conoce en Australia como ADR 27
(Australian Design Rules) y en Suecia como CVS
(Constant Volume Sampler), ver figura 7.
FTP 75: se deriva del FTP 72, ver figura 8,
categorizando las siguientes fases:
i. Fase de arranque en frío de 0 a 505s.
ii. Fase estabilizada. 506s – 1372s.
iii. En caliente (mínimo 540s, máximo 660s).
iv. Fase de arranque en caliente de 0-505s.
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Figura 7. Ciclo de ensayo FTP 72
Figura 8. Ciclo de ensayo FTP 75
• Prueba americana IM-240: esta prueba se realiza
sobre dinamómetros en 240s. Este ciclo es de tipo
transitorio y sirve para la medición y registro de
emisiones en vehículos livianos en movimiento,
sin velocidad constante, en un ciclo de 3.2km de
recorrido donde experimenta aceleraciones y
desaceleraciones, ver figura 9-2 [21].
Figura 9. Ciclo de prueba IM-240
Ciclo de conducción para Europa
Investigadores europeos de Volkswagen evaluaron la
adaptación del ciclo FTP 75 a las condiciones de
tráfico de Europa [20]. Se llevó a cabo el análisis de
parámetros como son frecuencia de paros, duración y
longitud del trayecto, llegando a la conclusión de que
este ciclo americano no se acopla al europeo. Al
contrario, el FTP 72 tiene similitud del tráfico
promedio con las condiciones europeas. A
continuación, se indica los ciclos representativos:
• Ciclo de conducción New European Driving Cycle
(NEDC): se aplica como referencia para homologar
vehículos hasta norma Euro 6 y otros países. Este
ciclo no representa las condiciones reales de
conducción, ya que presenta aceleraciones suaves,
eventos de inactividad y cruceros de velocidad
constante. Es por ello, que las autoridades europeas
buscan reemplazar este ciclo y que satisfagan las
características de distancia de 11.023km, duración
1180s y velocidad promedio de 33.6km, ver figura 10.
Figura 10. Ciclo de conducción NEDC
• Ciclo ARTEMIS: está elaborado bajo tres
configuraciones diferentes basado en estudios
estadísticos. Estos ciclos son empleados por los
fabricantes de vehículos para interpretar de mejor
manera las condiciones reales de conducción. Tal
como se representa en las figuras: 11 y Figura12
Figura 11 Ciclo de ensayo ARTEMIS en vía
urbana (superior) y rural (inferior)
Figura 12 Ciclo de ensayo ARTEMIS en vía
urbana (superior) y rural (inferior)
Ciclo de conducción JC08
Es un ciclo desarrollado en Japón en un
dinamómetro de chasis. Tiene una duración de 1204s,
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velocidad máxima de 81.6km/h y 8.171km de
distancia, ver figura 13 [8].
Figura 13. Ciclo de conducción JC08
Ciclo de conducción en el Distrito Metropolitano
de Quito
Se realizaron tres ciclos aplicados a: ciudad
(sentido sur-norte), carretera (sentido norte-sur) y
combinado (sentido este-oeste). Fueron realizados
bajo condiciones reales de manejo en las rutas de
mayor tráfico con una trayectoria de 1325.84km en
59 horas de conducción, ver figura 14, figura 15 y
figura 16 [17].
Figura 14. Ciclo para el DMQ en la ciudad
Figura 15. Ciclo para el DMQ para carretera
Figura 16. Ciclo combinado para el DMQ
En el Ecuador, la Normativa INEN 2204 y 2207 se
fundamentan en los ciclos americanos FTP 75 y
ciclos europeos [21].
Metodología para desarrollar ciclos de conducción
Existen los siguientes métodos:
• Directos: hace referencia a la adquisición de valores
de velocidad con respecto al tiempo de forma
repetitiva sobre una ruta preestablecida generando así
curvas experimentales por cada viaje para
posteriormente hacer el análisis estadístico y obtener
el ciclo representativo de la trayectoria definida, ver
figura 17 [20].
• Indirectos: se fundamenta en el procesamiento
inicial de datos para construir un ciclo de conducción
representativo. Así también, se vale de la recolección
de curvas experimentales para hacer un análisis sobre
conglomerados y determinar el patrón de conducción
que predomina el ciclo de conducción repetitivo, ver
figura 18 [20].
Figura 17. Ciclo de ensayo FTP 75
Fig 18. Ciclo de conducción NEDC
Para este trabajo de investigación se propone aplicar
el método directo en base a una estimación de
microciclos. Ya que al ser un ciclo de conducción
para una ciudad donde no hay precedentes de estudio
sobre curvas que definen el patrón de conducción de
un automotor. Por lo tanto, es conveniente desarrollar
curvas experimentales que involucren los parámetros
que caracterizan el ciclo, ver figura 19.
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Fig 19. Metodología directa para desarrollo de ciclos
de conducción.
Técnicas de instrumentación y parámetros para el
desarrollo de los ciclos
Para representar el ciclo de conducción por el método
directo, se debe recolectar la información
experimental y puede ser llevada a cabo mediante:
Técnica On Board: a través de la instrumentación
adecuada se obtienen datos reales de conducción en
una ruta específica [23].
Técnica de persecución del vehículo: consiste en ir
tras el vehículo de estudio haciendo uso de otro
automotor dentro de la misma trayectoria [23].La
técnica On-Board es la más viable para este proyecto
porque permite obtener información real de los
parámetros de funcionamiento del automotor. Para
aplicar esta técnica se requiere equiparar por medio
de instrumentos como Datalogger, GPS, scanner
vehiculares, sensores, la quinta rueda y otros. Con
estos dispositivos se logra obtener información sobre:
velocidad, aceleración, tiempo de parada, distancia
recorrida, entre otros afines [20].
Para este caso se emplea el dispositivo ELM327 Wi-
fi. Este elemento es un escáner de interfaz que
funciona a través de redes Wifi se puede enlazar con
dispositivos Android o Apple. Con esta interfaz se
consigue monitorear las revoluciones del motor,
presión del múltiple de admisión, avance de tiempo,
rango del flujo de aire, lectura del voltaje del sensor
de oxígeno, flujo y presión de combustible,
temperatura en la toma de aire, carga, velocidad y
otros parámetros.
III. PRUEBAS Y RESULTADOS
Esquema investigativo
La presente investigación tiene enfoque
experimental, método el cual el investigador tiene el
control de las variables de estudio. Es decir que se
lleva a cabo en condiciones controladas de las
variables dependientes e independientes [16]. Para
este caso de estudio se determinó lo siguiente:
Variable independiente: 10 Vehículos y ruta de la
zona urbana.
Variable dependiente: Velocidad y tiempo. El
procedimiento medular establecido describe las
etapas siguientes [12]:
Figura 20. Procedimiento de la investigación
Enfoque de la investigación
El estudio tiene un enfoque cuantitativo. Puesto
que, se realizará una serie sistemática de cálculos
experimentales y operaciones estadísticas para la
obtención del ciclo de conducción.
Tipo de investigación
El estudio empleó la investigación deductiva,
experimental y de campo.
La recolección de información por parte de los
investigadores se realiza de manera directa con los
vehículos. Los datos almacenados son filtrados con la
finalidad de mantener un orden específico y realizar
un análisis estadístico para la obtención del ciclo de
conducción.
Desarrollo
Información preliminar
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La información preliminar de la presente
investigación está determinada por:
Figura 21. Información preliminar
La metodología a utilizar es de carácter
experimental en base a microciclos. Los microciclos
empleados se definen desde un punto inició con una
velocidad inicial igual a cero seguido por períodos de
aceleraciones, hasta una velocidad final igual a cero o
reposo, incluyendo lapsos de ralentí, hasta acelerar
nuevamente.
Determinación de rutas
El presente estudio se ha desarrollado en la zona
urbana de la ciudad de Riobamba con una altitud
mayor a 2000 msnm. Las rutas empleadas son
definidas por el investigador a simple juicio por viajes
casa-trabajo, mayor densidad poblacional y tipo de
carreteras [21]. Se consideran tres puntos de
principales para el análisis de la ruta y son: Escuela
Superior Politécnica del Chimborazo • Paseo
Shopping, • Parque Maldonado
Vehículos de prueba
Los registros se obtendrán de vehículos de las
siguientes marcas y modelos:
Figura 22 Vehículos de prueba
La serie de vehículos expuesta en la figura 22,
plantea una serie de vehículos y protocolos de
comunicación que son compatibles con el dispositivo
OBD II “ELM327” que es la herramienta con la cual
se realizó el estudio.
Obtención de ciclo de conducción por
microciclos
Para la obtención del ciclo de conducción por el
método de microciclos se debe emplear una serie de
pasos, los cuales se plantean en la figura 23. La
secuencia de pasos expuestos por el investigador es
trabajada en software como Excel y Minitab. El
programa estadístico Microsoft Excel permite
distribuir de manera ordenada los parámetros
característicos de las rutas, elaboración de
microciclos.El programa Minitab realiza la filtración
de microciclos (microciclos extensos de otros, se
eliminan), obtención de clústers (conjunto de
microciclos), verificar la desviación estándar de los
datos de las variables que representan el ciclo de
conducción (velocidad y aceleración).
Figura 23. Obtención del ciclo de conducción por
microciclos
Parámetros característicos
Los parámetros a considerarse para la obtención
de un ciclo de conducción son:
• Distancia (km) [22].
• Velocidad promedio (km/h) [22].
• Tiempo recorrido (s) [22].
• Aceleración promedio positiva (m/s2)
[22].
Los parámetros característicos (CP) son
interpretaciones de medidas principales como lo son:
distancia, tiempo, velocidad, aceleración y energía
cinética.
Técnica de obtención de datos
La técnica de instrumentación empleada en la
investigación es, On board proveniente de un método
directo, la cual facilita al instrumentador la
recolección de datos de los vehículos de prueba, por
el motivo de precisión y confiabilidad de la técnica.
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Esta técnica presenta las siguientes
características:
• Recolección directa
• Los datos se obtienen directamente del
vehículo
• Alta precisión / Alta confiabilidad
• Requiere de una muestra grande para
asegurar la representatividad
• Demanda de mucho tiempo para el
levantamiento de datos
Técnicas de microviajes
El ciclo operativo se clasifica en zonas de
movimiento y de parada, teniendo en cuenta como
microciclo a la evolución de la velocidad entre dos
paradas continuas. Como finalidad, se postula generar
ciclos de velocidad poligonales, los registros
consecutivos se dividen en microciclos constituidos
por secciones de aceleración, velocidad (incluido
ralentí del motor) y desaceleración, ver figura 5-3
[12]. Lo cual permite:
● Comparar las curvas v–t divididas en ciclos
en los que los vehículos parten de una Vo =
0 seguido por períodos de aceleraciones
hasta llegar nuevamente al reposo (Vf = 0),
esto incluye los lapsos de ralentí hasta
acelerar nuevamente.
● Aplicar la herramienta conglomerados de
Minitab, la cual permite eliminar los
microciclos que estén extensos a los límites
de la cadena de microciclos, a su vez de
formar clústers que son conjuntos de
microciclos.
● Para la obtención del ciclo de conducción,
con la ayuda de clústers, realizar la filtración
de clústers y microviajes aleatoriamente. Se
deben emplear los microviajes que son
próximos a la velocidad promedio total
(±5% de rango), previo la filtración.
● El ciclo de conducción total engloba
diferentes microciclos con un margen de
800±60s.
ELM327
El interfaz ELM327 es un dispositivo que permite
la conexión a la computadora o teléfono móvil al
vehículo, para el diagnóstico de vehículos equipados
con sistemas OBD II [18]. En este estudio se emplea
el dispositivo OBD II tipo Wifi, ELM327.
El dispositivo ELM327 permite obtener datos de la
unidad de control del automóvil y enviar esta
información a un software que permita la
interpretación de datos de la ECU.
Torque Pro
Esta aplicación propia de Android, emplea la
tecnología bluetooth y Wifi para conectarse con la
computadora del vehículo, a través de un dispositivo
OBD II, y envía información útil acerca del estado del
automotor a través de PIDs que solicita el
investigador.
Figura 24. Interfaz Torque Pro
La figura 24 muestra la interfaz Torque Pro, que
con la ayuda del dispositivo ELM327, obtiene un
registro de datos PID del automóvil (información de
sensores y actuadores), registro posicional del
automóvil (GPS) e información del consumo de
combustible segundo a segundo del automóvil. Los
dispositivos OBD II, a través de la aplicación Torque
Pro, al igual que varias aplicaciones para celular,
calculan el flujo de combustible de tres maneras, [14]
y son:
• Relación propia de protocolos del automóvil
• Basado por MAF
• Basado por MAP
En caso de MAF
En caso de MAP
donde:
● AFR = Relación aire/combustible
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● VE = Eficiencia volumétrica
● R = Constante de gases
● ED = Carga del motor
En el gráfico 1-3, se puede apreciar la comparativa
entre los cálculos que realiza la aplicación Torque Pro
a través del dispositivo OBD II, con respecto a
cálculos expresados por el investigador de las
fórmulas de flujo de combustible, implicando que
estas fórmulas están relacionadas en los programas de
dispositivos OBD II.
Figura 25 Flujo de combustible OBD II &
Cálculo
Análisis e interpretación
Los ciclos de conducción experimentales se
generaron a partir de patrones y parámetros
característicos de conducción, alcanzando una
longitud de 800±60s. La longitud del ciclo de
conducción se estima por cercanía a otros ciclos de
conducción en el mundo, y por fundamentar bases
para nuevos estudios y pruebas dinamométricas
referentes a los ciclos de conducción obtenidos.
Los ciclos de conducción se describen a continuación:
Ciclo de conducción para todos los vehículos de
prueba
En la figura 26, indica que el primer ciclo de
conducción realizado es para todos los vehículos de
prueba. Se manipularon 808 datos provenientes de 7
microciclos, que fueron elegidos aleatoriamente y
filtrados desde sus clústers de análisis y su número de
microciclos internos.
Figura 26 Ciclo para vehículos de prueba
Además, en la figura 27, se reflejan los patrones y
parámetros característicos del ciclo de conducción
para todos los vehículos de prueba.
Figura 27. Parámetros característicos del ciclo de
conducción para vehículos de prueba
Por lo tanto, se destaca que la velocidad promedio
del presente ciclo en ruta es de 15,3 km/h con una
aceleración media positiva de 0,526 m/s^2,
representando un manejo de conducción lento pero
agresivo.
Con respecto a los vehículos de prueba, se realizó
una clasificación por cilindrada, 1200-1300 cc, 1400-
1600cc y 2000cc.
Ciclo de conducción en vehículos 1200-1300cc
La figura 28 refleja el ciclo de conducción de los
vehículos con cilindrada de 1200 a 1300 cc, cuya
tabla 2-4, interpreta una velocidad promedio de 14,4
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km/h con una aceleración promedio positiva de 0,524
m/s^2, en un intervalo de 824s con un número de
paradas igual a 5, por ende, es una apreciación de 824
datos y 5 microciclos.
Figura 28 . Ciclo para vehículos 1200-1300cc
En la figura 29, se reflejan los patrones y
parámetros característicos del ciclo de conducción en
vehículos de 1200 y 1300 cc.
Figura 29. Parámetros característicos del ciclo de
conducción para vehículos de 1200-1300cc
Ciclo de conducción en vehículos 1400-1600cc
Los vehículos de 1400 a 1600 cc poseen una
velocidad promedio de 16 km/h con una aceleración
promedio positiva de 0,552 m/s^2 en un lapso de
800s con un número de 5 paradas.
Figura 30. Ciclo para vehículos 1400-1600cc
La figura 30, informa de los patrones y parámetros
de conducción del ciclo de conducción de los
vehículos de 1400-1600cc.
Fig 31. Parámetros característicos del ciclo de
conducción para vehículos de 1400-1600cc
Ciclo de conducción en vehículos 2000cc
Los vehículos 2000cc, el ciclo de conducción
experimenta una velocidad promedio de 12,28km/h
en un lapso de 744s con una aceleración media
positiva de 0,418 m/s2 en cual, se hicieron 5 paradas
o momentos de ralentí.
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Figura 32 Ciclo para vehículos 2000cc
La figura 32 informa de los patrones y parámetros
de conducción del ciclo de conducción de los
vehículos de 2000cc.
Fig 32. Parámetros característicos del ciclo de
conducción para vehículos de 1400-1600cc
Datos específicos de los ciclos de conducción
Los diferentes ciclos de conducción reflejan la
forma de conducción del pueblo riobambeño,
implicando una conducción agresiva (elevada tasa de
aceleración con respecto a su velocidad promedio) La
figura 34, especifica los parámetros característicos de
los ciclos de conducción en la ciudad de Riobamba.
Figura 34. Datos específicos de los ciclos de
conducción
Los parámetros característicos de los ciclos de
conducción en la ciudad de Riobamba con una altitud
>2000 msnm, dan a conocer la forma de conducir de
la ciudad.
La interpretación de estos datos define a la ciudad
como una conducción urbana lenta pero agresiva, con
respecto a los factores de tráfico, forma de
conducción y espacio geográfico.
Consumo de combustible en el ciclo de
conducción segundo a segundo
El consumo de combustible en el Ecuador no
cuenta con una base de datos oficial, por lo cual se
remiten a datos de fabricantes de automóviles, que no
presentan las condiciones geográficas del país [3] El
consumo de combustible de los ciclos de conducción
de la ciudad de Riobamba está expresado en litros por
cada 100km, unidades las cuales son interpretación
del consumo de combustible a nivel mundial. Por la
clasificación realizada anteriormente de los vehículos
de prueba, el consumo de combustible también tiene
una representación similar con automóviles
clasificados por cilindrada.
En la figura 35 se registra el consumo de
combustible en todos los vehículos de prueba,
obteniendo un consumo de combustible promedio de
12,06 l/100km instantáneos, con una temperatura
promedio de 89,23°C.
Figura 35. Consumo de combustible en el ciclo
de conducción, en todos los vehículos
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La figura 36, consumo de combustible/velocidad
en todos los vehículos, interpreta los puntos de
dispersión del consumo de combustible en diferentes
velocidades, dando como resultado que el mayor
consumo de combustible se mantiene en velocidades
de 0-10 km/h, considerando que el 0 km/h son los
momentos en ralentí. El mayor consumo se mantiene
hasta los 20 km/h considerando el gráfico y la tabla 7-
4, con el número de datos.
Figura 36 Dispersión de datos: Consumo de
combustible vs Velocidad. En todos los vehículos
Fig 37. Datos en diferentes rangos de velocidad.
Muestra: Todos los vehículos
En la figura 37se registra el consumo de
combustible en vehículos 1200 y 1300 cc, obteniendo
un consumo de combustible promedio de 9,98
l/100km instantáneos, con una temperatura promedio
de 90,7°C en el ciclo de conducción.
IV. CONCLUSIONES
• Se logró fundamentar los principios de consumo de
combustible, ciclo de conducción mediante una labor
investigativa para conceptualizar correctamente los
parámetros característicos y mantener el orden correcto
de la obtención del ciclo de conducción de la ciudad de
Riobamba.
• Se utilizó el dispositivo OBD II ELM327 con la
aplicación de teléfono celular “Torque Pro”, para obtener
los datos de presión de entrada del aire en la admisión
mediante datos del sensor MAP, temperatura del motor
mediante datos del sensor ECT, cantidad de consumo de
combustible mediante cálculos realizados por el software,
y lectura de GPS mediante la unificación de Google Maps
en “Torque Pro”.
• Se construyó cuatro ciclos de conducción de 800±60s a
partir de 146 rutas, para diferentes tipos de automóviles;
clasificados por cilindrada, los cuáles recorrieron el
centro de la ciudad de Riobamba implicando tres lugares
con mayor frecuencia como lo son el Paseo Shopping,
Parque Maldonado y ESPOCH. Se recalca que las rutas
tomadas fueron elegidas por los investigadores mediante
viajes casa-trabajo, influencia del tráfico en la ciudad y
tipos de vía.
• Se determinó los niveles de consumo de combustible
que se está generando en los motores de los vehículos que
transitan la ciudad de Riobamba mediante el dispositivo
OBD II ELM327 y el software para teléfonos celulares
“Torque Pro” emitiendo un consumo de 9,9 l/100km
instantáneos en el ciclo de conducción para automóviles
de 1200-1300cc, hasta un consumo de combustible de
17,5 l/100km en vehículos de 1400-1600cc.
• Se evidenció el mayor consumo de combustible en
vehículos de: 2000 cc de cilindrada cuando están en
velocidades mínimas de 0-20 km/h, considerando 0 km/h
los momentos de ralentí del automotor.
• El perfil de conducción urbano de la ciudad de
Riobamba es agresivo por el registro de aceleraciones
positivas de 0,552 m/s2, con velocidad promedio de
16,04 km/h que implica una conducción lenta.
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