Adaptación de un motor eléctrico y sistema de carga a una motocicleta vespa PG150

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E

INDUSTRIAS

CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ

“ADAPTACIÓN DE UN MOTOR ELÉCTRICO Y SISTEMA DE

CARGA A UNA MOTOCICLETA VESPA PG150”

TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO AUTOMOTRIZ

PABLO ISRAEL ALARCÓN SORIA

DIRECTOR: ING. ALEXANDER PERALVO

FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO PROYECTO DE TITULACIÓN

DATOS DE CONTACTO

CÉDULA DE IDENTIDAD: 1719483955 APELLIDO Y NOMBRES: Alarcón Pablo Israel

DIRECCIÓN: Urb. San José, Portal San Sebastián Casa 45 EMAIL: paber_11@hotmail.com

TELÉFONO FIJO: 2031309 TELÉFONO MOVIL: 0984923881

DATOS DE LA OBRA

TITULO: Adaptación de un motor eléctrico y sistema de

carga a una motocicleta Vespa PG150 AUTOR O AUTORES: Alarcón Pablo Israel

FECHA DE ENTREGA DEL

PROYECTO DE TITULACIÓN: 21 de junio del 2016

DIRECTOR DEL PROYECTO DE

TITULACIÓN: Ing. Alexander Peralvo PROGRAMA PREGRADO POSGRADO TITULO POR EL QUE OPTA: Ingeniero Automotriz

RESUMEN:

ensamblaje de la motocicleta ya no se utilizaron partes innecesarias del antiguo sistema de propulsión, como son: el motor, tanque de combustible y embrague, entre otros. Así se logró reducir considerablemente el peso total de la motocicleta.

Cuando la motocicleta eléctrica estuvo totalmente ensamblada se realizaron las pruebas en diferentes rutas para recopilar información, para después ser analizada y realizar los cálculos para la obtención de las nuevas características de la motocicleta, como son la autonomía, torque, potencia, velocidad, consumo y costo de la recarga de la batería y determinar si es apta para el tránsito en la ciudad de Quito, además de establecer el ahorro que existe al transportarse en un vehículo eléctrico.

PALABRAS CLAVES: Adaptación, motocicleta eléctrica, conversión

ABSTRACT:

With this project has adapted an electric conversion kit to a Vespa PG150 motorcycle, which consists of a brushless motor, a battery-ion battery and a controller as main parts, these replaced the original two-stroke internal combustion engine and after making the electrical connections it became a motorcycle with electric propulsion. For this research and analysis to know which parties can avail of the vehicle and how they can be used for the installation of new parts it was performed. For the motorcycle assembly were not necessary parts of the old system of propulsion used, such as: the engine, fuel tank and clutch, among others. This was achieved considerably reduce the overall weight of the motorcycle.

DEDICATORIA

A Dios por haberme bendecirme en cada paso que doy. Por haberme puesto al cuidado de padres maravillosos, Juan Francisco Alarcón y Verónica Soria, que son mi ejemplo de lucha y mi motor para seguir adelante. Los amo. A ti, Erika Vizuete por ser mi apoyo y fuerza para lograr cada objetivo.

AGRADECIMIENTO

A toda mi familia que siempre está pendiente de cada paso que doy y apoyándome de todas la maneras posibles. Gracias por depositar su confianza en mí, esto es por ustedes.

Un agradecimiento especial a mi padre, Juan Francisco Alarcón, que sin el esto no habría sido posible, gracias por heredarme un poco de tu ingenio. Al amor de mi vida Erika Vizuete, por acompañarme en cada paso que doy, por ser esa persona incondicional y darme tu amor infinito

A mi director de tesis, Ing. Alexander Peralvo por guiarme y aconsejarme en este trabajo.

i

ÍNDICE DE CONTENIDOS

PÁGINA

RESUMEN ix

ABSTRACT x

1. INTRODUCCIÓN 1

2. MARCO TEÓRICO 3

2.1. VESPA 3

2.2. VESPA PG150 4

2.3. MOTOCICLETAS ELÉCTRICAS 6

2.4. DIFERENTES COMPONENTES ENTRE UNA MOTOCICLETA

A GASOLINA Y UNA ELÉCTRICA 7

2.5. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS MOTORES

ELÉCTRICOS FRENTE A LOS MOTORES DE GASOLINA EN

VEHÍCULOS 8

2.6. CONVERSIÓN DE LA MOTOCICLETA A ELÉCTRICA 10 2.6.1. REQUISITOS PARA LA ELECCIÓN DEL MOTOR

ELÉCTRICO 11

2.6.2. TIPOS DE MOTORES ELÉCTRICOS UTILIZADOS EN

MOTOCICLETAS EN LA ACTUALIDAD 11

2.6.2.1. Motor brushless ... 12 2.6.2.1.1. Funcionamiento del motor brushless 12 2.6.3. TENSIÓN DE LOS MOTORES PARA MOTOCICLETAS

ii 2.6.4. AUTONOMÍA DE LAS MOTOCICLETAS ELÉCTRICAS 13 2.6.5. VELOCIDAD DE LAS MOTOCICLETAS ELÉCTRICAS 13

2.7. BATERÍAS 13

2.7.1. REQUISITOS PARA LA ELECCIÓN DE LA BATERÍA 15 2.7.2. PARÁMETROS MÁS IMPORTANTES DE LAS

BATERÍAS 15

2.7.3. TECNOLOGÍAS DISPONIBLES. TIPOS DE BATERÍAS 16 2.7.3.1. Baterías de plomo-ácido ... 17 2.7.3.1.1. Ventajas de las baterías de plomo-ácido 17 2.7.3.1.2. Desventajas de las baterías de plomo-ácido 17 2.7.3.2. Baterías de níquel-cadmio (NiCd) ... 18 2.7.3.2.1. Ventajas de las baterías de níquel-cadmio 18 2.7.3.2.2. Desventajas de las baterías de níquel-

cadmio 18 2.7.3.3. Baterías de níquel-hidruro metálico (NiMH) 19

2.7.3.3.1. Ventajas de las baterías de níquel-hidruro metálico 19 2.7.3.3.2. Desventajas de las baterías de níquel-

hidruro metálico 20

2.7.3.4. Baterías de litio ... 20 2.7.3.4.1. Ventajas de las baterías de litio 20 2.7.3.4.2. Desventajas de las baterías de litio 20 2.7.3.5. Baterías de polímero de litio (LiPo) ... 21 2.7.3.5.1. Ventajas de las baterías de polímero de litio 21 2.7.3.5.2. Desventajas de las baterías de polímero

iii 2.7.3.6. Baterías de iones de litio (con cátodo de

LiCoO₂) 22 2.7.3.6.1. Ventajas de las baterías de iones de litio 22 2.7.3.6.2. Desventajas de las baterías de iones de

litio 22 2.7.3.7. Baterías de iones de litio (con cátodo de

LiFePO₄) 22 2.7.3.7.1. Ventajas de las baterías de iones de litio

(con cátodo de LiFePO₄) 23

2.7.3.7.2. Desventajas de las baterías de iones de litio (con cátodo de LiFePO₄) 23

2.8. CARACTERÍSTICAS DEL KIT DE CONVERSIÓN 23

3. METODOLOGÍA 27

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN 39

4.1. MONTAJE DEL KIT DE CONVERSIÓN Y DEMÁS PARTES

EN LA MOTOCICLETA 39

4.1.1. MONTAJE DEL MOTOR 39

4.1.2. MONTAJE DE LA BATERÍA 39

4.1.3. MONTAJE DEL CONTROLADOR ELECTRÓNICO 41

4.1.4. MONTAJE DE LA PANTALLA LCD 42

4.1.5. MONTAJE DEL ACELERADOR 42

4.1.6. CONEXIÓN DEL CABLEADO 43

4.2. FUNCIONAMIENTO DE LA MOTOCICLETA 44

iv

4.2.2. CONTROL DE LA PANTALLA LCD 45

4.2.3. OPERACIÓN NORMAL 46

4.2.3.1. Prendido y apagado ... 46 4.2.3.2. Interfaz de la pantalla ... 46 4.2.3.3. Indicador de carga de la batería ... 50

4.3. ANÁLISIS DE LAS VELOCIDADES OBTENIDAS 51

4.4. ANÁLISIS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA AUTONOMÍA 52 4.5. ANÁLISIS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA POTENCIA 53 4.6. ANÁLISIS PARA LA DETERMINACIÓN DEL TORQUE 56 4.7. ANÁLISIS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA EFICIENCIA 60 4.8. DETERMINACIÓN DEL COSTO DE LA RECARGA DE LA

BATERÍA 62

4.9. FICHA TÉCNICA MOTOCICLETA VESPA PG150

ELÉCTRICA 63

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 65

5.1. CONCLUSIONES 65

5.2. RECOMENDACIONES 67

v

ÍNDICE DE TABLAS

PÁGINA Tabla 2.1. Especificaciones técnicas del kit de conversión. 24 Tabla 3.1. Tabla para el registro de velocidades. 31

Tabla 3.2. Autonomía. 32

Tabla 3.3. Potencia 33

Tabla 3.4. Datos de potencia en tiempo real 33

Tabla 3.5. Torque 34

Tabla 3.6. Eficiencia 35

Tabla 3.7. Elaboración de ficha técnica 37

Tabla 4.1. Velocidades Obtenidas. 51

Tabla 4.2. Resultados de Autonomía. 52

Tabla 4.3. Resultados de potencia. 54

Tabla 4.4. Potencia en tiempo real. 54

Tabla 4.5. Conversión Km/h a rpm 57

Tabla 4.6. Resultados del torque 57

Tabla 4.7. Resultados de torque en tiempo real 58

Tabla 4.8. Resultados de Eficiencia. 61

vi

ÍNDICE DE FIGURAS

PÁGINA

Figura 2.1. Vespa PG150- Modelo 1985 4

Figura 2.2. Características técnicas 1 5

Figura 2.3. Características técnicas 2 5

Figura 2.4. Motor brushless 24

Figura 2.5. Batería ion-litio 25

Figura 2.6. Controlador 26

Figura 3.1. Ruta parque Bicentenario 28

Figura 3.2. Ruta sector Granda Centeno 29

Figura 3.3. Ruta sector Mariana de Jesús 30

Figura 4.1. Motor brusless y suspensión 40

Figura 4.2. Soporte de batería 40

Figura 4.3. Batería instalada en el soporte 41

Figura 4.4. Controlador instalado 41

Figura 4.5. Pantalla LCD instalada 42

Figura 4.6. Acelerador instalado 43

Figura 4.7. Cableado del sistema electrónico 43

Figura 4.8. Pantalla LCD 45

Figura 4.9. Botones de operación 45

Figura 4.10. Estado de carga de batería 46

Figura 4.11. Tiempo de viaje parcial (TM) 46

Figura 4.12. Asistencia de relación de transmisión (ASSIST) 47 Figura 4.13. Velocidad en tiempo real (Km/h) 47 Figura 4.14. Distancia recorrida parcial (DST) 47

Figura 4.15. Límite de 6Km/h 47

Figura 4.16. Potencia de funcionamiento del motor (W) 48

Figura 4.17. Temperatura ambiente 48

Figura 4.18. Tiempo de viaje total (TTM) 48

Figura 4.19. Distancia Total recorrida (ODO) 49

vii Figura 4.21. Temperatura de funcionamiento del motor 49 Figura 4.22. Velocidad máxima alcanzada (MXS) 50

Figura 4.23. Voltaje en tiempo real (VOL) 50

Figura 4.24. Porcentaje de carga de batería 50

Figura 4.25. Análisis de velocidad 51

Figura 4.26. Resultados de Autonomía 53

Figura 4.27. Resultados de potencia 56

Figura 4.28. Torque a 0°. 59

Figura 4.29. Torque a 15°. 59

viii

ÍNDICE DE ANEXOS

PÁGINA Anexo 1. Rutamixta realizada en el sur de Quito, desde el sector del

Pintado hasta Quitumbe 71

Anexo 2. Proceso de reconstrucción y ensamblaje de la motocicleta

eléctrica 73

ix

RESUMEN

Con el presente proyecto se ha adaptado un kit de conversión eléctrico a una motocicleta Vespa PG150, el cual consta de un motor brushless, una batería de ion-litio y un controlador como partes principales, estos reemplazaron al motor original de dos tiempos de combustión interna y luego de realizar las conexiones eléctricas se convirtió en una motocicleta con propulsión eléctrica. Para esto se realizó una investigación y análisis para conocer que partes se pueden aprovechar del vehículo y como se las puede usar para la instalación de las nuevas piezas. Para el ensamblaje de la motocicleta ya no se utilizaron partes innecesarias del antiguo sistema de propulsión, como son: el motor, tanque de combustible y embrague, entre otros. Así se logró reducir considerablemente el peso total de la motocicleta. Cuando la motocicleta eléctrica estuvo totalmente ensamblada se realizaron las pruebas en diferentes rutas para recopilar información, para después ser analizada y realizar los cálculos para la obtención de las nuevas características de la motocicleta, como son la autonomía, torque, potencia, velocidad, consumo y costo de la recarga de la batería y determinar si es apta para el tránsito en la ciudad de Quito, además de establecer el ahorro que existe al transportarse en un vehículo eléctrico.

x

ABSTRACT

With this project has adapted an electric conversion kit to a Vespa PG150 motorcycle, which consists of a brushless motor, a battery-ion battery and a controller as main parts, these replaced the original two-stroke internal combustion engine and after making the electrical connections it became a motorcycle with electric propulsion. For this research and analysis to know which parties can avail of the vehicle and how they can be used for the installation of new parts it was performed. For the motorcycle assembly were not necessary parts of the old system of propulsion used, such as: the engine, fuel tank and clutch, among others. This was achieved considerably reduce the overall weight of the motorcycle.

When the electric motorcycle was fully assembled tests were performed on different routes to gather information, and then be analyzed and perform calculations to obtain the new features of the motorcycle, such as autonomy, torque, power, speed, consumption and cost of recharging the battery and determine if it is suitable for transit in the city of Quito, in addition to establishing that there savings to be transported in an electric vehicle.

1

1.

INTRODUCCIÓN

El proyecto consiste en el estudio de las modificaciones que se puede realizar para implementar un motor eléctrico en una motocicleta Vespa PG150, sabiendo que esta tiene originalmente un motor a gasolina de 150 centímetros cúbicos.

Este trabajo nace de la incertidumbre que existe en la actualidad con respecto a los vehículos eléctricos.

Hoy en día, el problema principal que encontramos en el transporte es el gasto excesivo de combustibles derivados del petróleo que como sabemos sus reservas en el planeta se van haciendo escasas. Por lo que en los últimos años se ha realizado estudios para el uso de nuevas energías alternativas que sean sustentables y más abundantes en la naturaleza. Unas de las energías renovables más estudiadas y de la que tiene objeto este proyecto es la eléctrica, ya que ha habido resultados positivos en diseños de vehículos movidos únicamente con motores de este tipo. Pese a esto persisten los problemas para que esta energía sea usada mayoritariamente; uno de estos es que no se pueden alcanzar las prestaciones que tiene un vehículo impulsado por un motor a gasolina por lo cual se sigue investigando para crear nuevos motores y baterías que resuelvan esos inconvenientes.

Por otro lado, el hecho de estudiar otro tipo de energía diferente de las derivadas de petróleo no es solo por su agotamiento, sino también por la contaminación ambiental que ocasiona su uso.

Por lo dicho anteriormente, en este proyecto tomaremos en cuenta dos factores para poder dar soluciones: escases de combustibles derivados del petróleo y contaminación ambiental.

2 realizarán las pruebas respectivas, conociendo las prestaciones que supone el proyecto, donde se plantearon los siguientes objetivos específicos:

 Ejecutar un estudio las baterías y motores utilizados actualmente en motocicletas eléctricas.

 Analizar que componentes se debe quitar e instalar para el funcionamiento de la motocicleta eléctrica.

 Mostrar cómo se deber operar la motocicleta eléctrica.

 Realizar pruebas de ruta de la motocicleta eléctrica, para analizar el comportamiento de la misma en las calles de la ciudad de Quito.  Realizar una ficha técnica con las nuevas prestaciones de la

motocicleta eléctrica.

3

2.

MARCO TEÓRICO

2.1. VESPA

Las motocicletas Vespa nacen de la necesidad de un medio de transporte confortable, económico y fácil de utilizar, y es así como después de la segunda guerra mundial, el empresario italiano Enrico Piaggio transforma esta necesidad en una realidad. Realizando un ensayo de prueba error, lanza el primer prototipo de la motocicleta de sus sueños, en primera instancia se une con el ingeniero Spolti para crear el “Paperino”, el modelo inicial de lo que después sería la Vespa; quedando insatisfecho con los resultados busca la ayuda del ingeniero aronáutico Corradino D’Acanio, quien con su experiencia en construcción de aviones y su gran creatividad, finalmente crea un vehículo de apariencia innovadora para la época, teniendo como principal invención la ubicación del motor en el neumático trasero. Enrico quedó fascinado con la creación de Renzo Spolti, y hace su primer lanzamiento en abril de 1946.

Un dato curiosos del nombre de la actual motocicleta, es la relación que Piaggio hizo entre el vehículo y la forma de una avispa, por su parte posterior más ancha y su parte delantera más delgada como la cintura del animal.

Pocos años después la Vespa se volvió uno de los vehículos más famosos entre grupos juveniles como los Mods y los Skin Heads, por sus características físicas que la protegían de la lluvia, el lodo y el calor y su apariencia. De esta manera Enrico Piaggio redescubrió la elaboración de las motocicletas de dos ruedas, sirviendo así de ejemplo para la producción de otros modelos en los años posteriores.

4 esta mezcla generaba grandes cantidades de humo (PIAGGIO & C S.p.a., 2015).

2.2. VESPA PG150

El modelo de Vespa a ser tratado en el presente documento es la PG150 (ver figura 2.1). La misma que posee un motor a carburador de dos tiempos de 150 centímetros cúbicos refrigerado por aire forzado. Además tiene una transmisión manual de cuatro velocidades que son controladas con el maubrio izquierdo, que como mencionamos anteriormente es una peculiaridad de la marca. El vehículo cuenta también con un espacio de almacenamiento para el combustible el cual tiene una capacidad de ocho litros, con lo cual la moto puede andar en promedio 120 kilómetros. Las principales características físicas de la PG150 son su peso de 98 kilogramos, un chasís hecho de tubos y láminas de acero, una suspensión delantera monobrazo y frenos de tambor trasero y delantero (PIAGGIO & C S.p.a., 2015).

5

Figura 2.2. Características técnicas 1 (MOTOVESPA, S.A., 1985)

6

2.3. MOTOCICLETAS ELÉCTRICAS

La historia de la motocicleta data de hace más de 130 años, cuando en 1868 Lois Perreaux creó el primero motor a vapor junto con el primer vehículo de dos ruedas con el sistema de propulsión a vapor. Diesciseis años después Hildebrand y Alois Wolfmüller crearon un motor en base a combustible y refrigerado por agua que al ser colocado en una motocicleta, la convertiría en la primera con motor de combustión interna (Rodríguez Aguilar , Vargas Curiel, Villalobos Gonzáles , & Reynoso Dueñas , 2014).

Hablar de la historia de la motocicleta, es hablar de más de 100 años de producción y evolución tecnológica, está evolución tuvo lugar gracias a factores externos como lo son la cultura, el espacio geográfico, la economía y la sociedad; y años más tarde el medio ambiente. Igualmente y no menos importante: las necesidades, aspiraciones y exigencias de sus consumidores, lo cual dio como resultado la gran variedad de modelos, marcas, formas y hasta colores de motos que se ha llegado a producir hasta la actualidad. Incluso hoy en día, se toma mucho en cuenta su diseño, acabados, innovación tecnológica y su impacto tanto social como ambiental. Se ha repasado brevemente la historia de la motocicleta, llegando así a los vehículos de dos ruedas que utilizan un motor eléctico como medio de propulsión. Se registran los primeros prototipos de motocicletas eléctricas en el año 1860, pero no es hasta 1992, más de un siglo después, que Roberto Eugenio Gentile presenta oficialmente una moto impulsada por energía eléctrica en la Feria de Los Inventos en Buenos Aires. Este tipo de vehículos no contaminan ni auditiva ni atmosféricamente, es por eso que actualmente se los está utilizando con más frecuencia, sobre todo con la finalidad de conservar el medio ambiente y ahorrar en cuestión de gasto en combustibles fósiles.

Las motocicletas eléctricas y sus características principales:

7  Existen baterías que se pueden sacar de la moto y cargar de forma

cómoda en casa u oficina.

 Actualmente están creciendo los puntos de carga en lugares públicos y privados.

 Para cargar completamente la moto pueden pasar de cuatro a 8 horas, sin embargo con dos horas podemos tener una carga del 80%.

 Las baterías frecuentemente tienen una vida útil de 5.000 y 50.000 kilómetros que representan de dos a diez años.

 Existen algunos tipos de baterías, y dependiendo del ejemplar sus ciclos pueden estar entre 500 y 5.000 cargas. Baterías de alta categoría pueden llegar hasta 8.000 ciclos o más.

 Al no usar combustibles fósiles, la motocicleta no hecha humo, no contamina y no hace ruido.

 Mantener una motocicleta eléctrica es mucho más económico ya que no posee partes mecánicas que necesiten de reparación o mantenimiento planificado.

 No posee filtros ni aceite.

 Las baterías poseen una autonomía de acuerdo al modelo de la moto, esta puede ir entre los 70 y 120 kilómetros por cada carga.

 Dependiendo del modelo del motor, la velocidad máxima del vehículo puede ir entre 40 y 290 kilómetros por hora (Gil, 2014).

2.4. DIFERENTES

COMPONENTES

ENTRE

UNA

MOTOCICLETA A GASOLINA Y UNA ELÉCTRICA

Una vez revisada la evolución de la motocicleta y las características de una moto eléctrica, podemos entender que la transformación de un vehículo a gasolina a un vehículo eléctrico requiere incorporar nuevos elementos, pero también será necesario la eliminación de algunos de estos para conseguir la moto deseada.

8 tomar en cuenta la variedad de motores eléctricos que ofrece el mercado, por lo que más adelante se analizarán los motores que más se acerquen a las necesidades de este proyecto.

Como mencionamos anteriormente, algunos elementos del motor de gasolina ya no serán necesarios para el funcionamiento de la moto, algunos de ellos es el tubo de escape, el tanque de gasolina, la transmisión, entre otros.

Una vez decidido el motor eléctrico que se usará, se debe también escoger el tipo de batería que se adapte mejor para almacenar la energía producida. Esta decisión también se deberá analizar con detenimiento y paciencia más adelante, ya que es uno de los factores que puede producir mayores problemas, entre estos hay que examinar su peso y tamaño, su capacidad, recarga y precio. A pesar de esto, se buscan soluciones a estos inconvenientes que permitan un futuro en donde los vehículos eléctricos sean competitivos frente a los vehículos de gasolina.

Además del motor eléctrico, las baterías y la supresión de los elementos innecesarios, se necesitará un controlador de velocidad, para poder variar la velocidad de giro del motor y así registrar sus diferentes velocidades (Carrasco Hidalgo, 2011).

2.5. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS MOTORES

ELÉCTRICOS FRENTE A LOS MOTORES DE GASOLINA

EN VEHÍCULOS

A continuación detallaremos las ventajas y desventajas de un motor eléctrico frente a un motor de gasolina, una de los principales inconvenientes es el almacenamiento de energía.

Ventajas:

9 2. Par de giro: En el motor eléctrico es más elevado y constante.

3. Ahorro: Un motor eléctrico es mucho más económico que un motor a combustión, con la misma potencia. Además un motor eléctrico tiene costos del 10% de los costos de un motor a gasolina.

4. Ambiental: Si bien una moto eléctrica aún no se ha perfeccionado al 100%, es la mejor opción ecológica en cuanto a cualquier vehículo de gasolina. Además el consumo de electricidad es bastante bajo al igual que las emisiones de dióxido de carbono (CO2)

5. Ruido: Un motor eléctrico produce decibelios inferiores con respecto a un motor de combustión.

6. Comodidad: Para recargar de energía a la moto eléctrica no es necesario movilizarse, se lo puede hacer desde su hogar. Para cargar combustible en una moto a gasolina se requiere un desplazamiento hacia una estación de servicio.

7. Mantenimiento: Mantener una moto eléctrica es más económico que mantener una moto de gasolina. Por ejemplo, en una motocicleta eléctrica no se necesita realizar cambio de aceite.

Desventajas o inconvenientes:

1. Inversión inicial mayor: El precio de una moto eléctrica es más alto que el de una moto a combustión.

2. Autonomía: Una moto eléctrica posee una autonomía menor que una moto de gasolina. Esta es una de las principales desventajas a la hora de decidirse por uno de estos dos tipos de motocicletas, ya que hasta la actualidad se buscan soluciones alternativas con el fin de mejorar la tecnología de las baterías.

3. Carga: Cargar una moto eléctrica puede durar de cuatro a ocho horas como máximo y una hora como mínimo, para cargar una moto de gasolina tan solo se requiere unos minutos en una gasolinera.

10 5. Accesibilidad de recarga: Actualmente son escasos los lugares públicos para poder recargar una moto eléctrica, frente a la gran cantidad de gasolineras para cargar de combustible una moto de gasolina (Carrasco Hidalgo, 2011).

2.6. CONVERSIÓN DE LA MOTOCICLETA A ELÉCTRICA

En la actualidad, gracias la preocupación ambiental de grupos sociales, la variación en el precio del combustible y la constante innovación tecnológica; es muy común encontrar proyectos en los que se promueva la creación de vehículos impulsados por motores eléctricos. Sin embargo, aún no es común verlos circular por las calles, esto se debe a algunos impedimentos en el desarrollo de esta tecnología, especialmente en el desarrollo de la capacidad de las baterías, que son parte fundamental del funcionamiento del motor eléctrico y su autonomía.

Como se menciona anteriormente, para la transformación del motor de gasolina a motor eléctrico es necesario determinar los elementos que se deben incorporar y eliminar. Entre los principales elementos a integrar tenemos el motor y las baterías, para lo que se escogerá un kit de conversión que incluya ambos componentes. Este kit servirá para la adaptación del motor de combustión interna a una propulsión eléctrica, dando como resultado un vehículo híbrido o eléctrico.

11 2.6.1. REQUISITOS PARA LA ELECCIÓN DEL MOTOR ELÉCTRICO

Teniendo claro la necesidad del kit de conversión, se debe escoger el motor adecuado para la Vespa PG150, que es el objeto de este proyecto. Los requisitos principales son:

 Dimensiones adecuadas para que encaje en el chasis.  Potencia suficiente.

 Revoluciones por minuto.

 Tensión de alimentación del controlador (López de Munáin, 2014).

2.6.2. TIPOS DE MOTORES ELÉCTRICOS UTILIZADOS EN MOTOCICLETAS EN LA ACTUALIDAD

Existen varios tipos de motores eléctricos que se utilizan en la actualidad, entre estos encontramos dos: el motor eléctrico de corriente continua con escobillas, el cual se alimenta a través de una batería; y el motor brushless, cuya principal característica, además de ser moderno, es que no utiliza escobillas para realizar el cambio de polaridad en su rotor.

Usualmente para incorporar en las motos eléctricas más comercializadas, se utiliza el motor brushless (Carmona Aparicio, 2011).

12 2.6.2.1. Motor brushless

Como su nombre lo indica, traducido del inglés significa sin escobillas. Funcionan a través del campo magnético generado por imanes de neodimio en la parte móvil conocida como rotor y la corriente que pasa por los bobinados en la parte fija llamada estator o carcasa.

A diferencia de sus antecesores, en este tipo de motor no existe desgaste, ya que no existe rozamiento entre la parte fija y móvil.

2.6.2.1.1. Funcionamiento del motor brushless

La corriente eléctrica pasa solamente por el estator es decir los bobinados, esta genera un campo electromagnético que interactúa con el campo magnético creado por los imanes del rotor, haciendo que se genere una fuerza que hace girar al rotor y en consecuencia al eje del motor que se mueve solidario al estator.

El elemento controlador para que gire el motor es el variador electrónico, el cual sensa la posición del rotor en cada momento para que la corriente que le llega sea la correcta y se dé el movimiento rotatorio. Por este motivo el variador electrónico para este tipo de motores es más complejo que el de motores con escobillas, ya que se deben analizar los datos de funcionamiento en tiempo real.

2.6.3. TENSIÓN DE LOS MOTORES PARA MOTOCICLETAS ELÉCTRICAS

13 terrenos elevados motocicletas eléctricas que lleven incorporado un motor de 250w y 36v de alimentación o batería (López de Munáin, 2014).

2.6.4. AUTONOMÍA DE LAS MOTOCICLETAS ELÉCTRICAS

La tensión de la batería indica la autonomía de la motocicleta eléctrica. Una moto eléctrica con batería de 24V indica que tiene una autonomía de 30km aproximadamente. Mientras que una moto eléctrica con batería de 36V indica una autonomía de unos 45km aproximadamente (Carrasco Hidalgo, 2011).

2.6.5. VELOCIDAD DE LAS MOTOCICLETAS ELÉCTRICAS

La velocidad que puede tener una moto eléctrica de 250W es de 28km/h. La velocidad máxima siempre dependerá del motor, del peso total de la motocicleta y del peso del conductor, además de la superficie por la que se circule (Carrasco Hidalgo, 2011).

2.7. BATERÍAS

Como se refirió en capítulos anteriores, las baterías son de los elementos más importantes para la conversión del motor. Y de la misma manera, son de los elementos más costosos, voluminosos y pesados de un vehículo eléctrico. Por lo tanto es de suma su estudio y análisis a profundidad.

14 Para el objetivo de este proyecto, centraremos en el segundo grupo, el de las baterías recargables, donde el proceso electroquímico es reversible, ya que los elementos químicos implicados en el proceso no se consumen, por lo que las baterías pueden cargarse y descargarse un determinado número de veces.

Una batería o acumulador es un dispositivo que consta, en general, de dos electrodos, del mismo o de distinto material, sumergidos en un electrolito. Un electrolito es cualquier sustancia que contiene iones libres, que se comportan como un medio conductor eléctrico. Debido a que generalmente se componen de iones en solución, los electrolitos también son conocidos como soluciones iónicas, pero también son posibles los electrolitos fundidos y los electrolitos sólidos. En términos más sencillos, el electrolito es un material que se disuelve en agua para producir una solución que conduce una corriente eléctrica (Peña, 2011).

Todas las baterías son similares en su construcción y están compuestas por un determinado número de celdas electroquímicas. Cada una de estas celdas está compuesta de un electrodo positivo y otro negativo, además de un separador. Cuando dos electrodos apropiados se sumergen en un electrolito, un exceso de electrones aparece en un electrodo (negativo) y una deficiencia en el otro (positivo).

La diferencia de potencial eléctrico entre los dos electrodos origina el flujo de una corriente eléctrica en un circuito externo que vincula a los dos electrodos. El flujo de electrones, por tanto, se produce de negativo a positivo. Entonces, durante el cierre del circuito externo, tendrá lugar el proceso de descarga, y durante la aplicación de una corriente, igualmente externa, tendrá lugar la carga de la batería. Normalmente, el electrodo negativo está formado por un metal base y el electrodo positivo está compuesto por un óxido metálico. Sin embargo, existen muchas combinaciones de elementos y compuestos que en presencia de algún tipo de electrolito pueden producir corriente eléctrica.

15 necesaria para el funcionamiento de la batería. En cada uno de ellos se pueden interconectar varias celdas para proporcionar una determinada capacidad y/o tensión (López de Munáin, 2014).

2.7.1. REQUISITOS PARA LA ELECCIÓN DE LA BATERÍA

Para elegir la batería que se incorporará en la moto se toman en cuenta varias opciones:

 Dimensiones aceptables  Tensión de salida

 Energía suficiente  Peso

2.7.2. PARÁMETROS MÁS IMPORTANTES DE LAS BATERÍAS

Es necesario analizar los principales parámetros que determinarán la elección correcta del tipo de baterías que se adapten a las necesidades y requisitos mencionados. A continuación se especifican dichos parámetros:  La tensión proporcionada por cada celda es determinante para elegir un

tipo u otro de batería. Combinando las baterías en serie y/o paralelo podremos obtener el potencial deseado.

 El almacenamiento y capacidad de suministrar una cantidad de carga eléctrica se denomina capacidad, y también será un elemento determinante a la hora de decidirse por un tipo u otro de batería, puesto que en ocasiones se requieren unas solicitudes especiales.

 La energía que es capaz de suministrar una batería se mide en vatios-hora. Este parámetro no es más que el producto de la tensión suministrada por la batería (V) y la capacidad de la misma (Ah).

16  La densidad energética es un ratio que involucra el volumen ocupado. Se

mide en Wh/litro.

 El número de ciclos de carga y descarga que pueden soportar manteniendo un alto porcentaje de la capacidad completa de almacenar energía (valor nominal), que disponía en un principio. Es un indicativo de la duración de su ciclo de vida.

 El tiempo de carga y descarga. La batería no almacena toda la energía eléctrica que recibe por lo que la cantidad de electricidad suministrada debe ser mayor que la teóricamente necesaria. Trabajando entre 5⁰C y 25⁰C el factor de carga es de 1,4; es decir debe suministrarse una carga que sea un 40% superior a la deseada.

 El tiempo de auto-descarga, es decir, la pérdida de capacidad de una batería cuando se mantiene en circuito abierto. Para medirlo se utiliza el porcentaje de la carga que pierde por cada unidad de tiempo. Por ejemplo, cada mes. En cualquier caso el ritmo de auto-descarga aumenta con la temperatura.

 El rango de temperaturas a los que el funcionamiento es óptimo, es decir, aquel en el que la batería puede funcionar regularmente y sin daños.

2.7.3. TECNOLOGÍAS DISPONIBLES. TIPOS DE BATERÍAS

Hay dos tipos de baterías: la primaria, la cual no puede renovarse cuando su carga se haya agotado, excepto reponiendo las sustancias químicas que la componen; y la secundaria que puede ser recargada, haciendo circular corriente en sentido opuesto en el que normalmente fluye.

17 2.7.3.1. Baterías de plomo-ácido

Estas baterías son utilizadas en vehículos convencionales, no híbridos, pueden ser de 6V y 12 V; y están formadas por celdas de 2V.

Tienen una alta capacidad de descarga durante un periodo de tiempo corto, son utilizadas en el arranque de motores de combustión. Están formadas por un depósito de ácido sulfúrico y en su interior una serie de placas de plomo dispuestas alternadamente. Estas baterías son las utilizadas en el automóvil. (Peña Ordóñez, 2011)

2.7.3.1.1. Ventajas de las baterías de plomo-ácido

 Poseen una tecnología completamente instaurada.

 Normalmente tienen una tensión por celda de 2V, lo que es posible producir baterías de mayor voltaje con un número menor de celdas conectadas en serie.

 Capacidad de suministrar altos picos de corriente durante la descarga.  Su tasa de auto-descarga mensual es de las más bajas con el 5%

aproximadamente.

 Alta eficiencia, por encima del 80%.  Facilidad de reciclado.

2.7.3.1.2. Desventajas de las baterías de plomo-ácido

 Se consideran baterías pesadas debido al uso del plomo como material principal.

 Tienen una energía específica menor a un 30-50 Wh/kg por lo que solo son empleadas en necesidades de accesorios, iluminación y arranque.  Bajo número de ciclos carga- descarga, de 500-600.

 Se demoran períodos de tiempo largos en ser cargadas completamente.  No cuentan con mucha resistencia en descargas accidentales y

18  Tienen facilidad para corroerse seriamente en sus electrodos.

 Necesitan mantenimiento periódicamente.

2.7.3.2. Baterías de níquel-cadmio (NiCd)

Usan un ánodo de un compuesto de cadmio, un cátodo de hidróxido de níquel y un electrolito de hidróxido de potasio. Esta disposición de materiales permite recargar la batería una vez está agotada, para su uso posteriormente.

Tienen una capacidad media ya que su energía específica es de 50Wh/Kg y no tienen problemas de sobrecarga, cuando ya se almacene la carga.

Cuando ya está por completar la carga de la batería, se produce un incremento significativo de tensión, provocado por el aumento de su resistencia interna y es usado para determinar el final de la carga.

Las baterías de níquel-cadmio cuentan con mejores características funcionales que las baterías plomo-ácido (Peña Ordóñez, 2011).

2.7.3.2.1. Ventajas de las baterías de níquel-cadmio

 Poseen una tecnología completamente instaurada.

 Se comportan bien a diferentes temperaturas (-40°C a 60°C)  Permiten sobrecargas.

 Mas ciclos de carga-descarga, de dos a tres veces la capacidad de las baterías plomo-ácido (1500 ciclos).

 Resistentes ante abusos mecánicos y eléctricos.

 Fiables, no suelen fallar de forma repentina como las baterías de plomo-ácido.

2.7.3.2.2. Desventajas de las baterías de níquel-cadmio

19  El cadmio es un elemento altamente contaminante por lo que es necesaria una alta eficiencia y métodos más complejos para su reciclaje luego de haber terminado su vida útil.

 Por ser contaminantes, a no se fabrican en algunos países.  Auto-descarga de un 10% mensual.

 La tensión nominal por celda es de 1,2V, lo que requiere la conexión en serie de un mayor número de celdas para alcanzar una tensión requerida.

 Efecto memoria muy alto.

 Envejecimiento prematuro con el calor.

2.7.3.3. Baterías de níquel-hidruro metálico (NiMH)

Estas baterías tienen un rendimiento similar a las baterías de níquel-cadmio, la principal diferencia es que, la batería NiMH utiliza un ánodo de hidróxido de níquel y un cátodo de una aleación de hidruro de metálico que las hacen libre de cadmio, lo que es una ventaja considerable (López de Munáin, 2014).

Las baterías de níquel-hidruro metálico tienen prestaciones parecidas a las de níquel-cadmio, la tensión nominal por celda es de 1,2 V. (Peña Ordóñez, 2011).

2.7.3.3.1. Ventajas de las baterías de níquel-hidruro metálico

 Mayor densidad energética y mayor energía específica que el Ni Cd.  Baterías libres de cadmio (menos contaminante).

20 2.7.3.3.2. Desventajas de las baterías de níquel-hidruro metálico

 Alta auto-descarga mensual, de 15% a un 20%.  Menor fiabilidad de las NiCd.

 No resisten fuertes descargas.  Bajo voltaje por celda, 1,2V.

 Bajo número ciclos carga de 300 a 500, dependiendo del fabricante.  Tiempos de carga superiores al NiCd.

2.7.3.4. Baterías de litio

El litio es el metal más ligero que existente en el planeta, ya que posee un peso atómico muy bajo, lo que conlleva un gran potencial químico para crear baterías de poco peso y gran capacidad.

La densidad energética de una batería con el componente litio es aproximadamente el doble que una NiCd e investigadores aseguran que pueden alcanzar un potencial superior al actual. (Peña Ordóñez, 2011).

2.7.3.4.1. Ventajas de las baterías de litio

 Densidad energética alta.  Energía específica alta.

 La capacidad de descarga en algunos tipos de baterías de litio es alta.  No necesitan mantenimiento.

 Efecto de auto-descarga bajo.

2.7.3.4.2. Desventajas de las baterías de litio

 Necesita un circuito de seguridad para limitar el voltaje máximo y mínimo en cada celda.

 Almacenar en un lugar frío al 40% de su carga.

21  Son costosas en comparación a otras baterías.

2.7.3.5. Baterías de polímero de litio (LiPo)

Se diferencia del resto por el electrolito usado, que es un polímero sólido. El diseño se construía en un recipiente plástico que no conducía la electricidad e impedía el paso de electrones.

El polímero sólido brinda ventajas en su fabricación, pudiendo alcanzar grosores de un milímetro, lo que permite manufacturar baterías del grosor de una tarjeta de crédito.

Desafortunadamente el polímero sólido, tiene una baja conductividad debido a su alta resistencia interna, por lo que su temperatura aumenta y no puede entregar suficiente capacidad de descarga, lo que la hace que no sean factibles ciertas aplicaciones (Mayo, 2011).

2.7.3.5.1. Ventajas de las baterías de polímero de litio

 Pueden construirse hasta en grosores de un milímetro.  Son empaquetadas de diversas formas.

 Densidad de energía elevada.  Sin efecto memoria.

 Bajo peso.

 No necesitan mantenimiento.  Bajo porcentaje de auto-descarga.

2.7.3.5.2. Desventajas de las baterías de polímero de litio

 Requieren un circuito de seguridad para mantener los límites de voltaje.  Almacenar en un lugar frio al 40% de su carga.

22 2.7.3.6. Baterías de iones de litio (con cátodo de LiCoO₂)

Es uno de los tipos de baterías más usados en artefactos electrónicos móviles por su buena relación entre el peso y la energía, además no tienen efecto memoria y la pérdida de carga cuando no están en uso es gradual. (Peña Ordóñez, 2011).

2.7.3.6.1. Ventajas de las baterías de iones de litio

 Mayor densidad energética entre las otras baterías.  Mayor energía especifica entre otras baterías.  Alta tensión por celda 3.6V- 2.7.V.

 Sin efecto memoria.

 Auto-descarga inferior al 10%.  No contiene productos tóxicos.

2.7.3.6.2. Desventajas de las baterías de iones de litio

 Necesidad de circuitos electrónicos adicionales.

 Su ciclo de vida disminuye frente a altas temperaturas.  Capacidad de descarga muy corta.

 Sufren efecto de pasivación.

2.7.3.7. Baterías de iones de litio (con cátodo de LiFePO₄)

Son conocidas por las siglas “LIFE”. Son una variación de las baterías de iones de litio con cátodo de LiCoO₂.

23 2.7.3.7.1. Ventajas de las baterías de iones de litio (con cátodo de LiFePO₄)

 Alta tensión en circuito abierto, 3,3V.  Más seguras que las baterías LiCoO2.  No tienen efecto memoria.

 No está compuesta de productos dañinos para la salud.

 Es la batería de litio que mejor tolera las altas temperaturas por estar compuestas de hierro.

 Alto número de ciclos de vida, supera los 2000.  Carga rápida, entre 15 - 30 minutos.

 Buena capacidad para soportar sobrecargas.

 Buena energía específica, potencia y densidad energética.

2.7.3.7.2. Desventajas de las baterías de iones de litio (con cátodo de LiFePO₄)

 Posee inconvenientes de ecualización y son indispensables circuitos electrónicos adicionales (menor tendencia al desequilibro que el polímero de litio).

 La densidad energética en una batería LiFePO4, es apenas inferior a su antecesora la de ion de litio cátodo de LiCoO2, aproximadamente en un 14%.

 Sufren el efecto de pasivación.

2.8. CARACTERÍSTICAS DEL KIT DE CONVERSIÓN

24

Tabla 2.1. Especificaciones técnicas del kit de conversión

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL FABRICANTE

Motor

Potencia (Vatios) 1000 W 48V

Tipo Brushless (sin escobillas)

Eficiencia >80%

Revoluciones por minuto

max. 470

Velocidad máxima 69.5Km/h

Peso máximo 120Kg

Peso 7.5Kg

Figura 2.4. Motor brushless

Batería

Tipo Ion- litio

Voltaje de la batería 48V

Capacidad nominal 15Ah

25

Tabla 2.1. Especificaciones técnicas del kit de conversión continuación

Carga máxima de voltaje 54.6V

Carga mínima de voltaje 39V

Medidas 13.62" x 6.14" x 3.26"

Distancia con una carga 30mi (48,28Km)

Ciclos de carga Alrededor de 1000

Voltaje de carga 110-220V

Corriente de descarga nominal 20A

Corriente de descarga máxima 40A

Protección contra sobretensión 30A

Peso 6.5Kg

Figura 2.5. Batería Ion-litio

Controlador

Tensión nominal 48V

Potencia nominal 1000W

Protección de bajo

26

Tabla 2.1. Especificaciones técnicas del kit de conversión continuación

Diseño resistente al

agua Sí

Medidas 222x87x44(mm)

Peso 0.8Kg

Figura 2.6. Controlador

(Suzhou City Kunteng Electronic Co.,Ltd, 2013)

27

3.

METODOLOGÍA

Para el desarrollo de esta tesis se han utilizado algunos tipos de investigación, que son: la bibliográfica, la descriptiva y la experimental. Una investigación del tipo bibliográfica ya que se reunió y estudió información de fuentes como: libros, revistas, artículos científicos e internet para analizar el proceso para la conversión a motocicleta eléctrica.

La investigación descriptiva, puesto que se estudiarán y recogerán datos sobre los componentes y procesos para determinar el correcto funcionamiento de la motocicleta y contribuir con conocimiento en el área. Por último la investigación experimental, ya que se realizarán pruebas de velocidad, eficiencia, potencia y autonomía de la batería, para conocer las nuevas prestaciones de la motocicleta, recogiendo datos en distintas rutas tomando en cuenta el tráfico vehicular y calles con pendientes, plasmándolas en tablas de resultados.

Para realizar el estudio de la motocicleta Vespa PG150 se realizaron pruebas de ruta y se procedió de la siguiente manera.

Se seleccionaron rutas en la ciudad de Quito, además aprovechando sus características geográficas y que permitieron la realización del estudio del torque, potencia, velocidad y autonomía, basándonos en rutas ya tomadas por Fausto Grijalva en su tesis ”Analizar la eficiencia de una moto eléctrica en la ciudad de Quito”.

Se establecieron rutas con pendientes de 0°, 15° y 30°, donde se realizaron pruebas tomando en cuenta que el límite de velocidad urbano es de 50 km/h. Las rutas escogidas para la realización de las pruebas se detallaran a continuación.

Se escogió el parque Bicentenario por su inclinación de aproximadamente

28 Figura 3.1. Ruta parque Bicentenario

(Google, 2016)

29

Figura 3.2. Ruta sector Granda Centeno (Google, 2016)

Se estableció un trayecto por la avenida Mariana de Jesús, desde la Universidad Tecnológica Equinoccial - Campus Matriz hasta el campus Occidental, tomando las calles Rumipamba, Atahualpa y avenida Mariana de Jesús. Esta ruta tiene una inclinación de 30°. Ver figura 3.3

30

Figura 3.3. Ruta sector Mariana de Jesús (Google, 2016)

Para la recopilación de datos se diseñaron algunas tablas donde se plasmó la información y resultados obtenidos en las pruebas de ruta en las diferentes pendientes, estas se observarán en los siguientes capítulos. Una vez obtenido los datos, se procedió a calcular potencia, torque y eficiencia, que se verá más adelante.

Para el cálculo de la velocidad se diseñó la tabla 3.1., donde a través del muestreo se obtuvo datos de velocidades en las diferentes rutas dependiendo de las pendientes. En esta prueba también se tomó el tiempo que tarda la motocicleta en llegar de 0 a 50Km/h.

31

Tabla 3.1. Tabla para el registro de velocidades

Pendiente 0° 15° 30°

Velocidad Máxima (Km/h) Velocidad Media (Km/h) Tiempo 0 al máximo en s

Para la realización de la prueba de autonomía se tomaron en cuenta los siguientes aspectos:

 Ruta: pendientes, tránsito vehicular y señalizaciones.  Condiciones climáticas

 Características del motor eléctrico y batería

Se tomaron muestras de potencia a 25Km/h y potencia máxima para calcular la autonomía real en tiempo (horas) sabiendo que la intensidad de descarga nominal es de 20A y la intensidad de descarga máxima 40A. Posteriormente con los datos anteriores se calculó la autonomía en distancia (Km).

Para el cálculo de la autonomía en tiempo se utilizó la siguiente ecuación.

𝑇 =

𝑃

[3.1]

Dónde:

T: Autonomía (horas)

Cn: Capacidad nominal de la batería (Ah)

Vn: Voltaje de la batería (V)

P: Potencia (W)

Para el cálculo de la autonomía en distancia (Km) se utilizó la siguiente ecuación (Severns, 2007)

𝑆 = 𝑉 ∗ 𝑇

[3.2]

32 T: Tiempo de duración de la batería (horas)

V: Velocidad (Km/h)

Para la recolección de datos en las pruebas de ruta se elaboró la tabla 3.2.

Tabla 3.2. Autonomía

Pendiente 0° 15° 30°

Capacidad nominal batería (Ah)

Voltaje batería (V)

Potencia promedio (W)

Autonomía (horas)

Autonomía (Km)

Para el cálculo de la potencia se utilizó la siguiente ecuación. (Severns, 2007)

𝑃 =

Dónde: P: Potencia (W)

E: Energía de batería

33 A continuación, se muestran las tablas diseñadas para la recolección de datos, ver tabla 3.4. y cálculo de resultados en las diferentes pendientes. Ver tabla 3.3.

Tabla 3.3. Potencia

Pendiente 0° 15° 30°

Capacidad nominal batería (Ah)

Voltaje batería (V) Energía de batería (Wh)

Potencia (W) Autonomía (Horas) Potencia calculada (W)

Potencia máxima

Tabla 3.4. Datos de potencia en tiempo real

Velocidad (Km/h)

Potencia (W)

0° 15° 30°

10

20

30

34

Tabla 3.4. Datos de potencia en tiempo real continuación

50

Promedio

Para el cálculo del torque se utilizó la siguiente ecuación (Severns, 2007).

𝑇 =

Dónde:

T: Torque (Nm). 1Nm=0,102kgf.m

HP: Potencia (W). 1hp= 745,7W

716: Constante

RPM: Revoluciones por minuto

Nota: Para el cálculo de las revoluciones por minuto se realizó una transformación, partiendo de los datos de velocidad en Km/h.

Para registrar los datos para el cálculo del torque se diseñó la tabla 3.5.

Tabla 3.5. Torque

Pendiente (°) Velocidad

Km/h

RPM Potencia

(hp)

TORQUE (N.m)

35

Tabla 3.5. Torque continuación

15

30

Para determinar la eficiencia se realizaron las mediciones de autonomía, tiempo y potencia, estos serán utilizados en la siguiente ecuación:

𝐸 =

𝑃𝐸

[3.5]

Dónde: E: Eficiencia

PA: Producción actual (autonomía, tiempo de duración de la batería,

potencia.

PE: producción estándar autonomía, tiempo de duración de la batería,

potencia.

La producción estándar se refiere a los valores especificados por el fabricante del kit de conversión (ver tabla 3.6.) y la producción actual son los datos obtenidos en las pruebas a través cálculo respectivo y registro

36

Tabla 3.6. Eficiencia

Pendiente 0° 15° 30°

Autonomía (Km) Autonomía real Autonomía teórica Eficiencia (%) Tiempo de duración de la batería (horas) Tiempo real Tiempo teórico a 900W Eficiencia (%) Potencia (W) Potencia real Potencia teórica Eficiencia (%) Eficiencia promedio (%)

Eficiencia total (%)

Para el cálculo del costo de la recarga de la batería utilizamos la siguiente ecuación:

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑁𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 ∗ 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 ∗ 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝐾𝑊ℎ [3.6]

37 Actualmente el costo del Kilovatio-hora en el Ecuador es de 9,33 centavos (Grupo El Comercio, 2016).

Después de haber realizado todas las pruebas correspondientes, se pudo realizar un formato de ficha técnica con las nuevas características de la motocicleta. Ver tabla 3.7.

Tabla 3.7. Elaboración de ficha técnica

FICHA TÉCNICA VESPA PG150 CON MOTOR ELÉCTRICO

MOTOR Voltaje de funcionamiento

Potencia máxima real (W)

Potencia nominal (W)

Velocidad máxima

Tipo de motor

Torque (Nm)

Revoluciones por minuto máximas

BATERÍA Tipo

Capacidad (KWh)

Tipo de cargador (conector o enchufe)

Tiempo de carga

Ciclos de carga

PRESTACIONES Y CONSUMO Tiempo en alcanzar la velocidad

máxima (s)

Autonomía (km/h)

Tipo de cargador (conector o enchufe)

Tiempo de carga

Ciclos de carga

CHASÍS Freno delantero

38

Tabla 3.7. Elaboración de ficha técnica continuación

Rueda delantera

Rueda trasera

TRANSMISIÓN Tracción

DIMENSIONES. PESO Y CAPACIDAD Largo (mm)

Ancho (mm)

Alto (mm)

Peso total (Kg)

Carga máxima (Kg)

39

4.

ANÁLISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Para el análisis de resultados de la motocicleta eléctrica primero fue necesario el montaje del kit de conversión y posteriormente la realización de las pruebas de ruta.

Según el Reglamento General para la Aplicación de la Ley Orgánica de Transporte Terrestre, Tránsito y Seguridad Vial. Capítulo VI. De los límites de velocidad. El límite de velocidad urbano en la ciudad de Quito es de 50Km/h, las pruebas se realizaron a esta velocidad y a una velocidad media de 25Km/h. Se establecieron estas velocidades como predeterminadas y rutas con pendientes de 0, 15 y 30°, para la recolección de datos como velocidades, potencia, tiempos, etc., para posteriormente analizar los resultados.

4.1. MONTAJE DEL KIT DE CONVERSIÓN Y DEMÁS

PARTES EN LA MOTOCICLETA

4.1.1. MONTAJE DEL MOTOR

Para el montaje del motor fue necesaria la implementación de un segundo muelle helicoidal con amortiguador hidráulico y un trinche en el eje posterior que garantice la sujeción del motor (ver figura 4.1.), ya que el diseño original de la motocicleta no lo permitía, contaba con un solo amortiguador al lado izquierdo, el otro lado iba conectado directo al motor de dos tiempos (MOTOVESPA, S.A., 1985).

4.1.2. MONTAJE DE LA BATERÍA

40

Figura 4.1. Motor brushless y suspensión

41

Figura 4.3. Batería instalada en el soporte

4.1.3. MONTAJE DEL CONTROLADOR ELECTRÓNICO

El controlador electrónico fue montado donde estaba ubicado el depósito de gasolina del anterior sistema de la motocicleta, optimizando el espacio y aprovechando que está situado en una parte central del vehículo, para posteriormente realizar las conexiones ya que todo el cableado eléctrico converge en este dispositivo, ver figura 4.4.

42 4.1.4. MONTAJE DE LA PANTALLA LCD

Para el montaje de la pantalla led era necesario que la ubicación sea visible para el conductor, por lo que el lugar óptimo para su montaje es el volante. Para esto se modificó la parte central del volante con fibra de vidrio.

Figura 4.5. Pantalla LCD instalada

4.1.5. MONTAJE DEL ACELERADOR

43

Figura 4.6. Acelerador instalado 4.1.6. CONEXIÓN DEL CABLEADO

Para hacer más fácil la conexión del cableado, el fabricante usa cables de colores para diferenciar a que parte deben ir conectados, como se muestra en la figura 4.7.

Figura 4.7. Cableado del sistema electrónico (Suzhou City Kunteng Electronic Co.,Ltd, 2013)

Luz de pantalla LCD

Cable de fase, al motor

Sensor Hall, al

motor

Batería

Cable de

regeneración

Pantalla LCD

Sensor de pedal Acelerador

44

4.2. FUNCIONAMIENTO DE LA MOTOCICLETA

4.2.1. INDICADORES DE LA PANTALLA LCD

La pantalla LCD de la motocicleta eléctrica indica varias funciones que son muy importantes a la hora de ponerla en marcha, como se puede observar en la figura 4.8.

Resumen de funciones:

 Visualización del tiempo de viaje, muestra el tiempo de viaje parcial (TM) y el tiempo de viaje total (TTM).

 Visualización de la velocidad de viaje (con pantallas de velocidad en tiempo real (km o mph).

 Indicador de velocidad máxima (MXS) y velocidad media (AVS).

 Visualización de la distancia de viaje, muestras la distancia de viaje parcial (DST) y total del viaje (ODO).

 Botón de encendido.

 Función de crucero (Cruise).

 Indicador de capacidad de la batería.

 Visualización de voltaje de la batería en tiempo real (VOL)  Visualización de potencia y temperatura del motor.

 Pantalla de freno.

 Encendido de las luces de iluminación de fondo.  Visualización de temperatura ambiente en °C o °F.  Eliminación de los datos.

 Visualización del código de fallo.  Ajuste de parámetros de usuario.

45

Figura 4.8. Pantalla LCD

4.2.2. CONTROL DE LA PANTALLA LCD

La pantalla LCD cuenta con un mando de tres botones para su operación, que tiene un diseño con los siguientes iconos:

Flecha arriba

Prendido/Apagado

Flecha abajo

46 4.2.3. OPERACIÓN NORMAL

4.2.3.1. Prendido y apagado

Para encender el sistema se debe mantener presionado el botón con el icono “Prendido/Apagado”. Igualmente para apagar se debe mantener presionado el mismo botón.

Si el sistema se encuentra encendido por cinco minutos pero sin ninguna operación, se apagará automáticamente, en este modo el consumo de energía es cero.

4.2.3.2. Interfaz de la pantalla

En las siguientes figuras se muestran los diferentes indicadores que se pueden observar en la pantalla 1. Ver desde la figura 4.10 a la 4.17.

Pantalla 1:

Figura 4.10. Estado de carga de batería

47

Figura 4.12. Asistencia de relación de transmisión (ASSIST)

Figura 4.13. Velocidad en tiempo real (Km/h)

Figura 4.14. Distancia recorrida parcial (DST)

48

Figura 4.16. Potencia de funcionamiento del motor (W)

Figura 4.17. Temperatura ambiente

Pantalla 2:

Para acceder a la pantalla 2 se debe presionar el botón “prendido/apagado” y automáticamente se cambia de pantalla y se pueden observar los siguientes indicadores Ver desde la figura 4.18. hasta la 4.23.

49

Figura 4.19. Distancia Total recorrida (ODO)

Figura 4.20. Velocidad promedio (AVS)

Figura 4.21. Temperatura de funcionamiento del motor

Cuando la motocicleta se encuentre en movimiento, después de 5 segundos vuelve

automáticamente a la pantalla 1.

Pantalla 3:

En la pantalla 2, se debe presionar el botón “prendido/apagado” para entrar a la

50

Figura 4.22. Velocidad máxima alcanzada (MXS)

Figura 4.23. Voltaje en tiempo real (VOL)

4.2.3.3. Indicador de carga de la batería

Cuando la carga es mayor al 80% las cuatro barras están pintadas de negro, a medida que la batería se descarga las barras se despintan, como podemos observar en la figura 4.24. Cuando la carga es menor al 20% solo se puede ver pintado el perfil de la batería y cuando ya está próxima a descargarse totalmente este perfil parpadea.

51

4.3. ANÁLISIS DE LAS VELOCIDADES OBTENIDAS

A continuación se muestra los datos de velocidades obtenidas en la tabla 4.1.

Tabla 4.1. Velocidades Obtenidas.

Pendiente 0° 15° 30°

Velocidad Máxima

(Km/h) 69 39 18

Velocidad Media

(Km/h) 30 27 24

Tiempo 0 al

máximo en s 13 9 10

En la figura 4.25., se puede observar que mientras menor es la pendiente, mayor es la velocidad, igualmente la velocidad media. A su vez, mientras menor es la pendiente, mayor es la velocidad máxima a la q puede llegar la motocicleta.

Figura 4.25. Análisis de velocidad

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0° 15° 30°

Pendiente

52

4.4. ANÁLISIS

PARA

LA

DETERMINACIÓN

DE

LA

AUTONOMÍA

Para el cálculo de la autonomía en unidad de tiempo se utilizó la ecuación 3.1., como veremos a continuación.

𝑇 =

𝑇 =

15𝐴ℎ ∗ 48𝑉

434,27𝑊

=

720𝑊ℎ

434,27𝑊

= 1,66ℎ

El cálculo de la autonomía en distancia se realizó con la ecuación 4.2. de la siguiente manera.

𝑆 = 𝑉 ∗ 𝑇

𝑆 = 30𝐾𝑚/ℎ ∗ 1,66ℎ = 49,74𝐾𝑚

Tabla 4.2. Resultados de Autonomía.

Pendiente 0° 15° 30°

Capacidad nominal batería

(Ah) 15 15 15

Voltaje batería (V) 48 48 48

Potencia promedio (W) 434.27 564.33 620.92

Autonomía (horas) 1.66 1.28 1.16

Velocidad media (Km/h) 30 27 24

53 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00

0° 15° 30°

A xi s Ti tle Pendiente Autonomía (horas) Autonomía (Km)

Para el cálculo de la autonomía en unidad de tiempo se utilizó los datos entregados por el fabricante como son la capacidad nominal (15Ah) y el voltaje (48V), además de los promedios de potencia que fueron calculados en las diferentes pendientes. Ver tabla 2.1.

Como se puede ver en la figura 4.26., la autonomía en unidad de distancia y tiempo es inversamente proporcional a la pendiente, es decir mientras menor es la pendiente, mayor será la autonomía.

Figura 4.26. Resultados de autonomía

4.5. ANÁLISIS

PARA

LA

DETERMINACIÓN

DE

LA

POTENCIA

El cálculo de la potencia se realizó con la ecuación 3.3.

𝑃 =

𝐸

𝑇

54

𝐸 = 48𝑉 ∗ 15𝐴𝐻 = 720𝑊ℎ

Luego, ese resultado es dividido para el tiempo de autonomía para cada pendiente.

𝑃 =720𝑊ℎ

1,68ℎ = 427,98𝑊

Tabla 4.3. Resultados de potencia

Pendiente 0° 15° 30°

Capacidad nominal batería

(Ah) 15 15 15

Voltaje batería (V) 48 48 48

Energía de Batería (Wh) 720 720 720

Autonomía (Horas) 1.68 1.39 1.38

Potencia Calculada (W) 427.98 517.72 521.83

Potencia Máxima 1096

Tabla 4.4. Potencia en tiempo real

Velocidad (Km/h)

Potencia (W)

0° 15° 30°

10

730 1064 1091

753 1080 1086

866 1096 1070

320 0 126

0 126 0