REVISTA ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
Vol. 13 Núm. 1 / 2024
DAZA E, VARGAS Y., Dinámica de Motociclos Eléctricos
Edición No.13/2024 (10) ISSN 1390- 7395 (10/10)
---------------------------------------Artículo Científico / Scientific Paper ___________________________________________________
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Dinámica de Motociclos Eléctricos
Electric Motorcycle Dynamics
Daza Martínez, Eric Ricardo , Vargas Tuitise, Yubert Alan
"Universidad de las Fuerzas Armadas - ESPE" /Energía y Mecánica, Quito, Ecuador
Correspondencia Autores: fpdaza@espe.edu.ec, yavargas1@espe.edu.ec
Recibido: 04 de marzo de 2024, Publicado: 13 de diciembre de 2024
Resumen— La presente investigación analiza la dinámica
de los motociclos eléctricos como una alternativa sostenible a
los vehículos de combustión interna. Este estudio se enfoca en
la identificación y análisis de las principales fuerzas
dinámicas que actúan sobre dos modelos representativos:
Scooter y la motocicleta eléctrica. Se examinan las fuerzas
aerodinámicas, de resistencia a la rodadura, de tracción y la
fuerza neta, empleando parámetros técnicos específicos de
cada vehículo, como la potencia del motor, el peso, la
velocidad y la configuración del sistema de tracción. Mediante
cálculos teóricos, se demuestra que las motocicletas eléctricas
poseen una fuerza de tracción elevada, lo que se traduce en
una excelente aceleración y rendimiento dinámico. Además,
presentan una resistencia aerodinámica y a la rodadura
relativamente bajas, lo que evidencia su eficiencia energética
y su diseño aerodinámico optimizado. Los resultados permiten
concluir que estos vehículos son una opción viable para el
transporte urbano, con beneficios significativos en términos
de autonomía, bajo impacto ambiental y operación silenciosa.
Este análisis contribuye al entendimiento técnico del
comportamiento dinámico de los motociclos eléctricos y su
potencial en la movilidad sostenible, fomentando su
implementación en entornos urbanos y promoviendo la
transición hacia tecnologías más limpias y eficientes.
Palabras clave— Motociclos eléctricos, fuerzas
dinámicas, eficiencia energética, movilidad sostenible.
Abstract— This study analyzes the dynamics of electric
motorcycles as a sustainable alternative to internal combustion
vehicles. It focuses on identifying and examining the main
dynamic forces acting on two representative models: The
Scooter and the electric motorcycle. The aerodynamic force,
rolling resistance, traction force, and net force are studied using
technical parameters such as motor power, vehicle weight,
speed, and drive system configuration. Theoretical calculations
show that electric motorcycles offer high traction force,
resulting in excellent acceleration and dynamic performance.
Furthermore, they exhibit relatively low aerodynamic and
rolling resistance, reflecting energy efficiency and optimized
aerodynamic design. The findings confirm that these vehicles
are a viable solution for urban transportation, offering
significant advantages in terms of range, low environmental
impact, and quiet operation. This analysis enhances the
technical understanding of the dynamic behavior of electric
motorcycles and supports their integration into sustainable
mobility systems, promoting the shift toward cleaner and more
efficient technologies in urban environments.
Keywords: Electric motorcycles, dynamic forces, energy
efficiency, sustainable mobility.
I INTRODUCCIÓN
La dinámica de los motociclos eléctricos ha transformado
la experiencia de conducción, ofreciendo un rendimiento
sorprendente y una conducción suave y silenciosa. Al
aprovechar la potencia de los motores eléctricos y las
últimas innovaciones en baterías de alta capacidad, estos
vehículos han superado muchas limitaciones asociadas
con estos sistemas. [1]
Fig. 1 Dinámica de la motocicleta
[2]Los vehículos de dos ruedas impulsados por electrici-
dad están emergiendo como alternativas altamente favo-
rables para el transporte, debido a su naturaleza ecoló-
gica. Su producción, exenta de emisiones y con una re-
ducción significativa en el nivel de ruido durante su fun-
cionamiento, junto con su autonomía por cada carga, con-
tribuye positivamente al medio ambiente.
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Las motocicletas eléctricas [3,4], con su funcionamiento
silencioso y su creciente popularidad, han inaugurado un
nuevo capítulo en la industria del motociclismo. Sin em-
bargo, para comprender a fondo su funcionamiento y me-
jorar su desempeño, resulta fundamental comprender las
fuerzas que influyen en ellas.
Figura 2 Motocicleta eléctrica
[5, 8] Al igual que una bailarina en movimiento, una mo-
tocicleta eléctrica está sujeta a un equilibrio complejo de
fuerzas. Estas incluyen la resistencia a la rodadura, la
tracción, la aerodinámica y la gravedad, todas las cuales
afectan la aceleración, la velocidad, la estabilidad y la se-
guridad del vehículo.
[6, 8] Durante el movimiento, la motocicleta experimenta
un equilibrio dinámico entre estas cuatro fuerzas. Es ne-
cesario que la fuerza de tracción supere la resistencia a la
rodadura y la resistencia aerodinámica para que la moto
pueda acelerar. Además, la fuerza de la gravedad y la dis-
tribución del peso influyen en la estabilidad del vehículo,
especialmente en curvas y terrenos irregulares.
II MÉTODOS Y MATERIALES.
[7, 8]Para la aplicabilidad de las formulas de las fuerzas
de dinámica se requiere conocer las tablas de especifica-
ciones de cada motocicleta eléctrica a calcular, por lo
tanto, a continuación, se presentará las especificaciones
necesarias de cada motocicleta.
Figura 3 Scooter Amarillo
Tabla.1 Tabla de especificaciones [8,9]
MOTOR
Régimen Nominal 350RPM
Potencia Nominal 500W
Velocidad Máxima 40Km/h
BATERÍA
Tipo de Batería 4 de ácido seca
Voltaje Nominal 48V
Capacidad 12/20AH
Tiempo de Carga 8 Horas
Autonomía 40 – 60 Km
Voltaje de entrada del cargador AC110V60HZ
Voltaje de salida del cargador DC59V2.0A
TRANSMISIÓN
Transmisión Transmisión por eje
CARGA
Capacidad de carga 100Kg
Masa 53.5Kg
Figura 4 Motocicleta Eléctrica CITY COCO.
Tabla.2 Tabla de especificaciones
MOTOR 60V-1500W
BATERIA 12Ah-60V Batería de Litio
VELOCIDAD MAXIMA 30km/h
CARGA MAXIMA 180 kg
LLANTAS 18 x 9.5 pulgadas de ancho
AUTONOMIA 20-70 km por carga
PESO 70 kg
FRENO DELANTERO
Y TRASERO
Frenado de disco hidráu-
lico
ANGULO DE SUBIDA
MAXIMO
30 grados
TORQUE MAXIMO 41 Nm
DISTANCIA DE FRE-
NADO (SECO)
1.2 m (20 km/h)
DISTANCIA DE FRE-
NADO (MOJADO)
3.1 m (20km/h)
TIEMPO DE CARGA 3 – 5 horas 110V a 2A
TAMAÑO
196 cm largo * 76 cm de
ancho *112 cm de alto
COSTO POR CARGA
2.9Kw/h = 0.30 centavos
de dólar
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[1, 8] La dinámica o el estudio de fuerzas que implica el
diseño de los motociclos eléctricos, para verificar los pa-
rámetros necesarios para obtener los resultados deseados,
por lo tanto, para este diseño o estudio se requiere consi-
derar las siguientes fuerzas.
Fuerza aerodinámica
Fuerza de resistencia a la rodadura
Fuerza de tracción
Fuerza neta
Figura 5 Fuerzas dinámicas aplicadas en una
motocicleta eléctrica.
Una vez conocido las fuerzas dinámicas involucradas, da-
remos a conocer que función cumple cada una de estas
fuerzas:
Fuerza aerodinámica:
[2,8] Esta fuerza se debe a la presencia de presiones y
fricción viscosa, donde va a depender de varios factores,
uno de ellos es la geometría del vehículo que se va mover
a través del aire.
Fig. 6 Fuerza aerodinámica
[1,2] Esta fuerza se divide en dos componentes
principales:
Sustentación: Es la fuerza perpendicular a la
dirección del movimiento relativo del cuerpo y del aire.
La sustentación es la fuerza que permite que los aviones
vuelen, ya que contrarresta la fuerza de la gravedad.
Resistencia: Es la fuerza paralela a la dirección
el movimiento relativo del cuerpo y del aire. La
resistencia opone resistencia al movimiento del cuerpo y
es la responsable de que los aviones desaceleren cuando
dejan de propulsarse.
De tal manera, se determina de la siguiente ecuación:
������������ =
1
2
∗ �� ∗ �� ∗ ����(�� + ��������������)2
Donde:
�� → Constante aerodinámica
�� → Velocidad lineal del vehículoa
�������������� → Velocidad del viento
Fuerza de resistencia a la rodadura:
Para esta fuerza el vehículo se encuentra en reposo caso
contrario si está en movimiento se podrá determinar el
producto del coeficiente a la rodadura con la fuerza
normal entre el vehículo y la carretera.
Figura 7 Fuerza de resistencia a la rodadura
La fuerza de resistencia a la rodadura tiene varios efectos,
como:
Reducir la eficiencia del movimiento: La fuerza
de resistencia a la rodadura consume energía, lo que
reduce la eficiencia del movimiento.
Aumenta el desgaste de los neumáticos: La
fuerza de fricción entre el neumático y la superficie
provoca el desgaste del neumático.
Debemos en tener en cuenta que la resistencia a la
rodadura es relativamente independiente de la velocidad,
de tal manera, la ecuación es:
���������� = ������ ∗ ������ℎ ∗ �� (1)
Donde:
������→ Coeficiente a la resistencia a la rodadura
����������→ Fuerza de resistencia a la rodadura
������ℎ→ Masa del vehículo
�� → Gravedad
Fuerza de tracción:
Esta fuerza especialmente de las ruedas depende de un
coeficiente de adhesión y de la fuerza normal del
vehículo. Donde el coeficiente de adhesión se determina
por el estado del terreno y el deslizamiento del neumático.
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��������������ó�� = �� ∗ ������ℎ ∗ �� (2)
Donde:
�� → Coeficiente de adhesión
�� → (0.85) para asfalto
Fuerza neta:
Una vez determinada la fuerza de tracción y todas las re-
sistencias de conducción presentes en los vehículos,
donde se puede determinar la fuerza total en dirección
longitudinal.
���������� = ��������������ó�� − ���������� − ���������� (3)
III. PRUEBAS Y RESULTADOS
Scooter
Figura 8 Cargas actuantes de Scooter Amarillo
Cálculo:
Fuerza aerodinámica
������ =
1
2
∗ 1.270 (
����
��3
) ∗ 0.435 ��2 ∗ 0.4690
∗ (9.72
��
��
)
2
������ = 12.239 ��
Fuerza de resistencia a la rodadura
���������� = 0.019 ∗ 53.5(����) ∗ 9.81 (
��
��2
)
���������� = 9.97 ��
Fuerza de tracción
��������������ó�� = 0.85 ∗ 53.5(����) ∗ 9.81 (
��
��2
)
��������������ó�� = 446.11 ��
Fuerza neta
���������� = ��������������ó�� − ���������� − ����������
���������� = 446.11 �� − 12.239 �� − 9.97 ��
���������� = 423.90 ��
Tabla.3 Resultados obtenidos de las fuerzas
Datos obtenidos
Fuerza aerodinámica 12.239 N
Fuerza de resistencia a la
rodadura
9.97 N
Fuerza de tracción 446.11 N
Fuerza neta 423.90 N
Fuerza aerodinámica:
La fuerza aerodinámica de 12.239 N es relativamente
pequeña en comparación con la fuerza de tracción. Esto
indica que la moto tiene una buena aerodinámica.
Fuerza de resistencia a la rodadura:
La fuerza de resistencia a la rodadura de 9.97 N también
es relativamente pequeña. Esto indica que los neumáticos
tienen una buena adherencia al suelo y que la superficie
de la carretera es lisa.
Fuerza de tracción:
La fuerza de tracción de 446.11 N es la fuerza más grande
que actúa sobre la moto. Esto indica que el motor es
potente y posee una entrega de potencia inmediata.
Fuerza neta:
La fuerza neta de 423.90 N es la fuerza resultante que
impulsa la moto hacia adelante. Esta fuerza es
considerable, lo que indica que la moto tiene una
aceleración y velocidad muy buenas, esto solo comprueba
que las motocicletas eléctricas tienen una entrega de
potencia inmediata. [1] [2] [3] [4]
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Motocicleta eléctrica
Figura 9 Cargas actuantes sobre el motociclo eléctrico
Cálculo:
Fuerza aerodinámica
�� = 8512 ����2 ∗
1��2
100����2
= 0.8512 ��2
�� = 30
����
ℎ
∗
1000��
1����
∗
1ℎ
3600 ��
= 8.333
��
��
������������ =
1
2
∗ 1.185
����
��3
∗ 0.8512��2 ∗ 0.6(8.333)2
��2
��2
������������ = 20.99 ��
Fuerza de resistencia a la rodadura
���������� = 0.03 ∗ 70���� ∗ 9.81
��
��2
���������� = 20.60 ��
Fuerza de tracción
��������������ó�� = 0.85 ∗ 70���� ∗ 9.81
��
��2
��������������ó�� = 586.07 ��
Fuerza neta
���������� = ��������������ó�� − ���������� − ����������
���������� = 586.07 �� − 20.99 �� − 20.60 ��
���������� = 544.48
Tabla.4 Resultados Obtenidos de Fuerzas
Datos obtenidos
Fuerza aerodinámica 20.99 N
Fuerza de resistencia a
la rodadura
20.60 N
Fuerza de tracción 586.07 N
Fuerza neta 544.48 N
Fuerza aerodinámica:
La fuerza aerodinámica de 20.99 N es relativamente pe-
queña en comparación con la fuerza de tracción. Esto in-
dica que la moto tiene una buena aerodinámica.
Fuerza de resistencia a la rodadura:
La fuerza de resistencia a la rodadura de 20.60 N también
es relativamente pequeña. Esto indica que los neumáticos
tienen una buena adherencia al suelo y que la superficie
de la carretera es lisa.
Fuerza de tracción:
La fuerza de tracción de 586.07 N es la fuerza más grande
que actúa sobre la moto. Esto indica que el motor es
potente y posee una entrega de potencia inmediata.
Fuerza neta:
La fuerza neta de 548.44 N es la fuerza resultante que
impulsa la moto hacia adelante. Esta fuerza es
considerable, lo que indica que la moto tiene una
aceleración y velocidad muy buenas, esto solo comprueba
que las motocicletas eléctricas tienen una entrega de
potencia inmediata. [1] [2] [3] [4]
IV. CONCLUSIONES
Los resultados del estudio muestran que las motocicletas
eléctricas analizadas son realmente eficientes al moverse,
ya que aprovechan muy bien la energía que reciben del
motor. Pueden acelerar con fuerza y mantener un buen
rendimiento, incluso enfrentando las fuerzas que se opo-
nen al movimiento.
El diseño de estos motociclos están analizados para cor-
tar el viento con facilidad. Consumen menos energía al
avanzar y ofrecen una experiencia de manejo más fluida,
lo cual es clave para mejorar su desempeño y autonomía.
La resistencia de las llantas al rodar es bastante baja. Esto
no solo mejora la eficiencia, sino que también ayuda a que
las llantas se desgasten menos y que el vehículo sea más
seguro al tener buen agarre al suelo.
Los motociclos eléctricos responden casi de inmediato al
acelerar. Esto se debe a que el motor eléctrico entrega su
potencia desde el primer momento, lo que resulta ideal
para manejar en la ciudad, donde se necesita reaccionar
rápido.
Este tipo de vehículos aportan mucho al cuidado del me-
dio ambiente. Al no generar emisiones contaminantes ni
ruido, representan una excelente opción para una movili-
dad más limpia y responsable con el entorno.
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Este análisis aplica de forma concreta principios de la fí-
sica para entender cómo se comportan estas motos al mo-
verse.
La fuerza de resistencia a la rodadura es un factor clave a
la hora de tener un buen punto de gravedad y como se
observa la fuerza de resistencia a la rodadura de la moto-
cicleta eléctrica tiene un valor bastante bajo.
La fuerza de tracción de la motocicleta eléctrica es alta lo
que manifiesta que la motocicleta eléctrica posee una
fuerza de tracción de 446.11 N.
La fuerza neta es la fuerza que impulsa a la motocicleta
eléctrica ya que esta es la resultante de todas las fuerzas
que calculamos, el valor de esta es de 423.90 N lo cual
indica que la motocicleta eléctrica posee una elevada po-
tencia y aceleración
REFERENCIAS
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From fluid mechanics to vehicle engineering.,
SAE International., 1998.
[2] A. K. Pundir y P. Pandey, Motorcycle design and
technology, CRC Press., 2016.
[3] C. R. Smith, Motorcycle aerodynamics., SAE
International., 1983.
[4] C. &. E. C. Amann, « Aerodynamic drag
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Journal of Passenger Cars , 2017.
[5] «MOTO ELÉCTRICA DYNAMO I LITIO,» [En
línea]. Available: https://simple.ripley.cl/moto-
electrica-dynamo-i-litio-
mpm10000189789?color_80=negro&s=mdco.
[6] «Motores síncronos,» [En línea]. Available:
https://www.sapiensman.com/tecnoficio/electrici
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[7] «Motores Electricos,» 2 junio 2009. [En línea].
Available:
https://motoreselectricos.wordpress.com/.
[8] Vargas Tuitise, Yubert Alan. Daza Martínez, Eric
Ricardo. (2024). Procesos de operación,
diagnóstico y mantenimiento de motociclos
eléctricos y adaptación de propulsión eléctrica.
Carrera de Ingeniería Automotriz. Universidad de
las Fuerzas Armadas ESPE. Sede Latacunga
[9] «Scooter Eléctrico TUNDRA VOLT-X,» [En
línea]. Available:
https://www.proimport.com.ec/motociclismo/41
46-scooter-electrico-tundra-500-watts-volt-
clasic-ii.html.
[10] «Yadea Kemper, su primera moto eléctrica de
gran potencia y con carga rápida,» 2023. [En
línea]. Available: https://
www.mundodeportivo.com/
solomoto/electricas/20231112/1002103446/yade
a-kemper-primera-moto-electrica-gran-potencia-
carga-rapida.html.