UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
CONSTRUCCIÓN DE UN BUGGY, BAJO LAS
RECOMENDACIONES DE RON CHAMPION, QUE UTILIZA UN
MOTOR DE COMBUSTIÓN 2 TIEMPOS CICLO OTTO Y UN
MOTOR ELÉCTRICO CON EL PROPOSITO DE REDUCIR LA
CONTAMINACIÓN AMBIENTAL.
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
AUTOR: HUGO ESTEBAN TROYA RUIZ
DIRECTOR: ING. SIMON HIDALGO
DERECHOS DE AUTOR
DECLARACIÓN
Yo Hugo Esteban Troya Ruiz, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_________________________ Hugo Esteban Troya Ruiz
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Diseño y construcción de un buggy monoplaza que utiliza, un motor 2 tiempos ciclo Otto y un motor eléctrico, permitiendo generar movimiento y además reducir la contaminación ambiental”, que, para aspirar al título
de Ingeniero Automotriz fue desarrollado por Hugo Troya Ruiz, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.
___________________
Ing. Simón Hidalgo
DIRECTOR DEL TRABAJO
DEDICATORIA
DEDICO ESTE TRABAJO A MIS PADRES QUIENES CON SU TOTAL
APOYO Y AYUDA ME PERMITIERON CULMINAR MI CARRERA
UNIVERSITARIA Y ADEMAS SON QUIENES SIEMPRE ESTÁN A MI
AGRADECIMIENTO
En primer lugar agradezco a Dios por derramar sus bendiciones en mí a
cada momento.
A mis Padres que con su excelente ejemplo de liderazgo, con su
paciencia y con su apoyo incondicional me han permitido cumplir mis
metas durante mi carrera y mi vida personal.
A la Universidad Tecnológica Equinoccial por permitirme desarrollar mi
carrera de una manera netamente profesional. Al Ingeniero Simón
Hidalgo por apoyarme profesionalmente en la dirección de mi proyecto
I
ÍNDICE DE CONTENIDO
PÁGINA
RESUMEN ... IX ABSTRACT ... X
CAPÍTULO I. ... 1
1. INTRODUCCIÓN ... 1
1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ... 2
1.3. FORMULACIÓN Y SISTEMATIZACIÓN DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ... 2
1.4. OBJETIVOS ... 3
1.4.1 OBJETIVO GENERAL ... 3
1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 3
1.5. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO ... 3
1.5.1. JUSTIFICACIÓN TEÓRICA: ... 3
1.5.2 JUSTIFICACIÓN METODOLÓGICA: ... 4
1.5.3. JUSTIFICACIÓN PRÁCTICA: ... 4
1.6. MARCO REFERENCIAL ... 4
1.6.1 MARCO TEÓRICO ... 4
1.6.2. MARCO CONCEPTUAL ... 4
1.6.2.1 Contaminación ... 4
1.6.2.2 Diseño ... 5
1.6.2.3 Buggy ... 5
1.6.2.4 Monoplaza ... 5
1.6.2.5 Ciclo Otto ... 5
1.7. HIPÓTESIS ... 5
1.8. ASPECTOS METODOLÓGICOS ... 6
CAPÍTULO II ... 7
2. INTRODUCCIÓN ... 7
2.1. DISTRIBUCIÓN DEL PESO ... 7
II
2.2.1 HISTORIA DE LA TRACCIÓN TRASERA ... 11
2.2.2 VENTAJAS DE LA TRACCIÓN TRASERA EN EL BUGGY ... 12
2.3 SUBVIRAJE ... 13
2.4 SOBREVIRAJE ... 13
2.5 CARGA VERTICAL O INPUT ... 14
2.6 TRACCIÓN U OUTPUT ... 14
2.7 CARGA VERTICAL CONTRA (VS. ) TRACCIÓN ... 15
2.8. CÁMBER ... 18
2. 9. CÍRCULO DE TRACCIÓN ... 19
2.10. EFICIENCIA CURVA ... 22
2.11. MATERIALES, EQUIPOS Y ACCESORIOS DEL BUGGY ... 23
2.12. PARTES Y EQUIPOS PRINCIPALES ... 27
2.12.1. MOTORES DE COMBUSTIÓN ... 27
2.12.1.1 Motor de combustión Interna ...28
2.12.1.2 Tipos principales ...28
2.12.1.3. Clasificación de los alternativos según el ciclo ...28
2.12.1.4. Historia ...29
2.12.1.5. Estructura y funcionamiento ...29
2.12.1.6. Encendido ...29
2.12.1.7 Refrigeración ...30
2.12.1.8 Motor de dos tiempos ...30
2.13. EQUIPOS ELECTRICOS Y ELECTRÓNICOS ... 31
2.13.1 MOTOR ELÉCTRICO ME0708 PM: ... 31
2.13.1.1 Que es un motor eléctrico...32
2.13.1.2 Partes del motor eléctrico ...33
2.13.1.3 Tiempo o distribución del motor eléctrico ...35
2.13.1.4 Principio de funcionamiento ...36
2.13.2. CONTROLADOR DE VELOCIDAD ... 37
2.13.3 CONTACTOR: ... 37
2.13.4 ACELERADOR O POTENCIÓMETRO ... 38
2.13.5 GENERADORES DE CORRIENTE ... 39
2.13.6 BATERÍA ... 41
2.13.6.1 Baterías de plomo-ácido ...42
2.13.6.2 Baterías de Litio ...43
III
4.1. VEHÍCULOS ELÉCTRICOS ... 44
CAPÍTULO III ... 47
3. CONSTRUCCIÓN DEL BUGGY ... 47
3.1. CONSTRUCCIÓN ... 47
3.2 CARACTERÍSTICAS DEL DISEÑO: ... 49
3.3 ESTRUCTURA DEL BUGGY Y CONSTRUCCIÓN ... 49
3.3.1 PLANOS DEL BUGGY ... 50
3.4. CONSTRUCCIÓN DEL LA ESTRUCTURA DEL BUGGY ... 61
3.4.1. HERRAMIENTAS NECESARIAS ... 61
3.4.2. CORTE DE LOS TUBOS ... 62
3.4.3 SUPERFICIE DE SOLDADO ... 63
3.4.4 CONSTRUCCIÓN DEL CUADRO ... 63
3.4.5 SOLDADURA ... 64
3.4.5.1 Procesos de soldadura ...64
3.4.5.2 Soldadura por arco ...65
3.4.5.3 Electrodos usados en la construcción del Buggy ...65
3.4.6 CONSTRUCCIÓN DE LA ESTRUCTURA ... 67
3.4.7 PARTE ELÉCTRICA ... 77
3.5 PROCESO DE PINTURA ... 80
CAPÍTULO IV ... 82
4. FUNCIONAMIENTO Y RESULTADOS ... 82
4.1 VEHÍCULO HIBRIDO FUNCIONAMIENTO ... 82
4.1.1 TIPOS DE TRENES DE PROPULSIÓN VEHÍCULO HÍBRIDO .. 82
4.1.1.1 Sistema paralelo ...82
4.1.1.2 Sistema combinado ...83
4.1.1.3 Sistema en Serie ...83
4.1.1.4 Vehículos Plug in Hybrid o Híbrido Enchufable...83
4.2 FUNCIONAMIENTO DEL BUGGY ... 84
4.2.1 TABLERO DE CONTROL Y SELECCIÓN ... 87
4.2.1.2 Interruptor de reversa F / R: ...88
4.2.1.3 Interruptor ME o encendido del sistema eléctrico. ...88
IV
4.2.1.5 Interruptor del motor de combustión interna MCI ...89
4.2.1.6 Porta Fusibles y llaves tubulares ...89
4.3 RESULTADOS ... 89
4.3.1 FACTORES QUE DETERMINAN LOS RESULTADOS ... 91
4.3.2 PROGRAMA DEL SISTEMA ELÉCTRICO ... 93
4.3.3 VENTAJAS DE LOS VEHÍCULOS ELÉCTRICOS ... 94
4.3.3.1 Ventajas de vehículos híbridos ...94
4.3.3.2 Ventajas de un vehículo eléctrico ...94
4.3.4 MITOS DE LOS MOTORES ELÉCTRICOS ... 95
CAPITULO V. ... 98
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 98
5.1. CONCLUSIONES ... 98
5.2 RECOMENDACIONES ... 99
BIBLIOGRAFíA ... 100
V
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA 1. CENTRO DE GRAVEDAD DEL BUGGY ... 8
FIGURA 2. TRACCIÓN TRASERA ... 12
FIGURA 3. SOBREVIRAJE Y SUBVIRAJE ... 14
FIGURA 4. CURVA PERFORMANCE LLANTAS ... 16
FIGURA 5. CÁMBER ... 19
FIGURA 6. CÍRCULO DE TRACCIÓN ... 20
FIGURA 7. FIBRA DE CARBONO ... 27
FIGURA 8. MOTOR DE DOS TIEMPOS ... 31
FIGURA 9. MOTOR ELÉCTRICO ... 32
FIGURA 10. CONTROLADOR DE VELOCIDAD ... 37
FIGURA 11. CONTACTOR DE 48 V ... 38
FIGURA 12. POTBOX O ACELERADOR ... 39
FIGURA 13. GENERADOR DE CORRIENTE ... 40
FIGURA 14. CONTROLADOR Y CONTACTOR ... 40
FIGURA 15. BATERIA DE PLOMO ... 43
FIGURA 16. ESTRUCTURA BASICA DE RON CHAMPION ... 48
FIGURA 17. CORTE Y ACABADO DE LOS TUBOS ... 62
FIGURA 18. PUNTOS DE SUELDA EN LOS TUBOS ... 63
FIGURA 19. SUELDA POR ARCO ... 65
FIGURA 20. PARTES Y PIEZAS DEL BUGGY ... 67
FIGURA 21. FRENO DE DISCO POSTERIOR ... 68
FIGURA 22 RELACION DE TRANSMISIÓN ... 69
FIGURA 23. RELACION DE TRANSMISIÓN 2 ... 70
FIGURA 24. RELACION DE TRANSMISIÓN POR RPM... 70
FIGURA 25. CATALINA DEL EJE MOTRIZ EN TORNO ... 71
FIGURA 26. TORNEADO DE PIEZAS ... 72
FIGURA 27. TORNEADO DE PIEZAS II ... 72
FIGURA 28. EJE TRASERO DEL BUGGY... 73
FIGURA 29. CORTE DE TUBOS ... 73
FIGURA 30. ESTRUCTURA TUBULAR ... 74
FIGURA 31. PIEZAS TORNEADAS DEL EJE ... 74
VI
FIGURA 33 BASES DEL MOTOR ... 75
FIGURA 34. BASE DEL MOTOR ELÉCTRICO ... 76
FIGURA 35. PIEZA DE FIBRA DE CARBONO ... 76
FIGURA 37. CABLE NUMERO 6 AWG ... 79
FIGURA 38. BUGGY CONSTRUIDO ... 81
FIGURA 39. BUGGY EN PRUEBAS ... 81
FIGURA 40. SOLO CON EL MOTOR DE COMBUSTIÓN Y CICLO DE CARGA ... 84
FIGURA 41. SOLO CON EL MOTOR ELÉCTRICO O CICLO DE DESCARGA ... 85
VII
ÍNDICE DE TABLAS
TABLA 1. CARGA VERTICAL Y EFICIENCIA DE CURVADO ... 17
TABLA 2. AMPERAJE PARA SOLDAR ... 66
TABLA 3 AMPERAJE PARA SOLDAR CON ELECTROCO 7018 ... 67
VIII
ÍNDICE DE ANEXOS
ANEXOS ... 101
ANEXO # 1 ... 101
MODELO A ESCALA 1/10 DEL BUGGY
ANEXO # 2 ... 102
ANALISIS ESTRUCTURAL DEL BUGGY
ANEXO # 3 ... 103
PROCESO DE PINTURA DEL BUGGY
ANEXO # 4 ... 105
ARMADO DEL BUGGY EN EL TALLER AUTOMOTRIZ U.T.E.
ANEXO # 5 ... 106
IX
RESUMEN
El presente trabajo tiene como objetivo principal, reducir la contaminación ambiental y la aplicación de tecnología que aun no se encuentra vigente en Ecuador. Gracias a los conocimientos adquiridos en la carrera de Ingeniería Automotriz más la ayuda de libros dedicados a temas relacionados, se puede construir un buggy de propulsión tipo híbrida.
Durante el desarrollo de este trabajo se puede encontrar una recopilación de todos los procesos que se realizaron a cabo para la construcción del buggy monoplaza desde, su estructura hasta el sistema eléctrico que permite tener dicha propulsión híbrida.
El trabajo esta divido por secciones donde se puede encontrar los planos estructurales y los dibujos de piezas mecánicas que están realizados en Autocad.
Además se encuentra en la sección de construcción del buggy, como se fabrica la estructura tubular, accesorios, ciertas técnicas y materiales. Y también el esquema eléctrico general que permite el funcionamiento adecuado del buggy híbrido.
El buggy puede funcionar de tres diferentes maneras, la primera es con ambos motores al mismo tiempo brindando propulsión, la segunda es solo con el motor eléctrico y la tercera con el motor de combustión. El ciclo ideal es ambos motores al mismo tiempo. Con esta configuración el buggy no solo contamina en menor cantidad sino que también brinda una aceleración inmediata y un gran desempeño de potencia.
X
ABSTRACT
The main objective of this Project is the environmental pollution reduction and the application of technology that is not in force in Ecuador. Due to the knowledge acquired during the automotive college carrier and many information found in books, it’s possible to build a single seatear hybrid buggy.
During the writing of this, there is a compilation of all processes carried out to build this hybrid buggy, from the structural frame to the electric system. The thesis is divided into sections where you can find structural drawings and Autocad mechanical drawings parts.
Here is also find the building process section, where we can see the tubular structure and accessories needed, certain techniques and composites. And the general wiring diagram that allow the hybrid buggy to work.
This buggy can be operated in three different ways, first is with both engine and motor working providing propulsion, the second is just motor( electric) and the third is just engine ( combustion) working.
The ideal cycle is both engine and motor working simultaneously, with this configuration; buggy not only pollutes less but also provides immediate acceleration and plenty of power.
1
CAPÍTULO I.
1. INTRODUCCIÓN
Un buggy o go kart arenero es un vehículo de motor terrestre monoplaza sin techo o cockpit, sin suspensiones y con o sin elementos de carrocería, con cuatro ruedas alineadas que están en contacto con el suelo. Las dos ruedas delanteras ejerciendo el control de dirección, y las dos traseras conectadas por un eje de una pieza que transmiten la potencia de un motor, generalmente mono cilíndrico. Sus partes principales son el chasis (estructura tubular), los neumáticos y el motor. En este caso es un buggy que su propulsión proviene de un motor de combustión interna y un motor eléctrico. A este tipo de propulsión se la conoce como híbrida y significa que es un vehículo de propulsión alternativa combinando un motor movido por energía eléctrica proveniente de baterías y un motor de combustión interna independientemente de las características que posea.
Este tipo de vehículos representa un gran aporte al medio ambiente considerando que:
Los automotores representan una fuente importante de contaminación del aire a nivel mundial. El parque automotor incluye un numeroso y activo conjunto de vehículos propulsados por la combustión de hidrocarburos (ciclomotores, automóviles, camiones, vehículos deportivos, etc.)
2
La contaminación vehicular del aire produce efectos nocivos para la salud humana. Los estudios epidemiológicos estableciendo comparaciones entre áreas urbanas (elevado nivel de contaminación) y áreas rurales (bajo nivel de contaminación) demuestran que el aumento de los casos de enfermedades respiratorias está relacionado con las primeras.
1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Uno de los problemas actuales más importantes y de gran preocupación es la contaminación ambiental. Los vehículos que poseen un motor eléctrico ayudan a reducir la contaminación significativamente.
Con la construcción de este buggy motorizado por dos motores, un motor de combustión interna y un motor eléctrico, aparte de mejorar y aportar al medio ambiente, se pone en práctica todos los conocimientos adquiridos de la carrera de Ingeniería automotriz. Como por ejemplo electricidad, electrónica, dibujo y diseño, materiales, motores, etc.
1.3. FORMULACIÓN Y SISTEMATIZACIÓN DEL PROBLEMA
DE INVESTIGACIÓN
3
como resultado lograra resolver este tipo de inconvenientes mencionados e incluso esta misma tecnología podría aplicarse a otros vehículos.
Se utilizan materiales, herramientas, y componentes fáciles de conseguir. Incluso este proyecto se podría aplicar como negocio futuro para implementar este modelo de vehículos en buggys de competencia, para hobbies, o incluso para alquiler.
Como resultado se obtiene un vehículo que funciona con 48V y que logra trabajar por ciclos continuos, es decir con motor a combustión interna y motor eléctrico alternados, así se logra reducir la contaminación y trabajar sin necesidad de parar para recargar sus baterías.
1.4. OBJETIVOS
1.4.1 OBJETIVO GENERAL
Construir un buggy que reduzca la contaminación ambiental y que funcione con un desempeño de hasta 20 hp aproximadamente.
1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Reducir la contaminación ambiental utilizando nuevas tecnologías.
Construir la estructura del vehículo con partes y piezas que se pueden comprar o fabricar localmente
Introducir nuevas tecnologías para reducir la contaminación y promover el desarrollo de energías limpias.
1.5. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO
1.5.1. JUSTIFICACIÓN TEÓRICA:
4 1.5.2 JUSTIFICACIÓN METODOLÓGICA:
Es de mucha importancia que un ingeniero sepa demostrar todo lo aprendido durante su carrera y lo más importante que sepa crear, mejorar, diseñar o ingeniar nuevos sistemas por ejemplo buggys híbridos que no existen a la venta todavía.
1.5.3. JUSTIFICACIÓN PRÁCTICA:
Construir este vehículo ayudará a reducir las contaminaciones como son smog y ruidos. Además que podrá servir como ejemplo o aporte para utilizar esta tecnología y técnicas en distintas ramas del área automotriz.
1.6. MARCO REFERENCIAL
1.6.1 MARCO TEÓRICO
En la parte eléctrica del vehículo existen planos eléctricos que pueden contribuir con ideas claras de cómo hacer funcionar correctamente el buggy. Se puede recibir información de Electric Motor Sport, esta empresa se dedica a la comercialización de motores eléctricos y sus accesorios.
En la parte del funcionamiento del motor a combustión interna existe mucha fuente de información ya estudiada y muchas fuentes de investigación necesarias para el tema.
1.6.2. MARCO CONCEPTUAL
1.6.2.1 Contaminación
5
ser vivo. Es siempre una alteración negativa del estado natural del medio ambiente, y por tanto, se genera como consecuencia de la actividad humana.
1.6.2.2 Diseño
Es utilizado habitualmente en el contexto de las artes aplicadas, ingeniería, arquitectura y otras disciplinas creativas, diseño se define como el proceso previo de configuración mental, "prefiguración", en la búsqueda de una solución en cualquier campo.
1.6.2.3 Buggy
Un buggy o buggy arenero es un vehículo diseñado para rodar en cualquier terreno. Suele tener un chasis ligero, una carrocería sin techo rígido y ruedas grandes. Los primeros buggies fueron construidos sobre la base de un Volkswagen Escarabajo. Hoy existen buggies tanto basados en modelos de producción como totalmente artesanales.
1.6.2.4 Monoplaza
Un monoplaza es un vehículo habilitado para el transporte de un solo pasajero.
1.6.2.5 Ciclo Otto
El ciclo Otto es el ciclo termodinámico ideal que se aplica en los motores de combustión interna. Se caracteriza porque en una primera aproximación teórica, todo el calor se aporta a volumen constante.
1.7. HIPÓTESIS
6
buggy bajo las recomendaciones de Ron Champion que reduzca notablemente las contaminaciones al medio ambiente.
1.8. ASPECTOS METODOLÓGICOS
Existen varios libros y manuales donde se puede obtener la información necesaria para crear un diseño eléctrico, planos estructurales y posterior a esto la construcción del buggy.
El motor eléctrico será importado y las demás partes se fabricarán o adquirirá en el país para construir el buggy.
CAPÍTULO II
2. INTRODUCCIÓN
Un cuadro o estructura vehicular, en el caso de este proyecto la estructura del buggy, debe estar diseñado para ser lo suficientemente rígido para resistir torsión y flexión. La mayoría de estructuras vehiculares están hechas de tubos de acero, ya que son las estructuras que presentan mayor rigidez si están bien dispuestas y aseguradas.
Los elementos de un cuadro estructural no son difíciles de construir, simplemente se debe seguir las recomendaciones que se observan en el libro de Ron Champion .Así podemos definir qué cambios hacer o como mejorar nuestro cuadro de acuerdo a las condiciones de manejo en las que se va a utilizar.
2.1. DISTRIBUCIÓN DEL PESO
El buggy tiene tracción en las ruedas posteriores, por lo tanto el centro de gravedad va estar ubicado en lo posible lo más cercano al centro del vehículo. Como varios autores afirman, en los cuadrones o buggys deportivos se debe tratar en lo posible de mantener el centro de gravedad lo mas central posible.
Para esto el motor de combustión y dos baterías están en el centro del vehículo y el motor eléctrico junto con su controlador y un conjunto de dos baterías más en la parte posterior.
8
FIGURA 1. CENTRO DE GRAVEDAD DEL BUGGY
B1 = Conjunto de dos baterías # 1, 16kg. Me= Motor Eléctrico, 12.73kg.
A= Asiento.
MC= Motor de combustión, 10.9kg. B2= Conjunto de dos baterías # 2, 16kg.
9
El asiento del buggy como se puede apreciar en la figura 1 se encuentra en el centro de gravedad del buggy a solo unos centímetros apartado de él. Con esto podemos decir que el centro de gravedad no cambia cuando una persona se sube en el vehículo. Si se hace el mismo cálculo para determinar el centro de gravedad del buggy pero en el eje z (es decir a lo ancho) se tiene un valor de 0.32m o 320 mm es decir a tan solo unos centímetros del centro del buggy. Este valor no altera su funcionamiento, el valor más importante es el eje x como se puede observar en el cálculo anterior.
Como sabemos la distribución del peso cambia de acuerdo al movimiento que tenga el vehículo.
Los cambios de carga de transferencia o peso son el resultado de las fuerzas que estén actuando en el vehículo en este caso el buggy. Y estas fuerzas pueden darse en una curva o en momentos de aceleración y frenado.
La distribución equilibrada del peso entre los ejes de los vehículos de tracción trasera, permite un mejor desempeño sobre la ruta y la motricidad es buena debido al desplazamiento del peso hacia las ruedas motrices en una fase de aceleración por lo cual mejora la aceleración. La tracción trasera evita que el auto haga un subvirage, aunque es propenso al sobregiro y requiere que se gire menos para evitar hacer un trompo o patinar. La tracción trasera es lo mejor en cuanto a deportividad ya que permite un reparto de peso más equitativo y por ende una impresionante estabilidad, la tracción trasera es la elección de los apasionados del manejo y conductores entusiastas.
La distribución del peso de un vehículo se consigue ubicando una balanza debajo de cada rueda. Cuando se hacen los ajustes de la distribución hay que considerar los "pesos transitorios" o carga de transferencia que el coche experimenta mientras se lo está manejando.
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Cuando dobla hacia la derecha, el peso se incrementa sobre la izquierda del automóvil por la fuerza de la inercia. Se puede sentir estas transferencias del peso sobre su propio cuerpo cuando está manejando.
El ajuste más útil del peso de un vehículo para condiciones de competencia es sobre la "vía frontal", la distribución del peso entre las ruedas de adelante y las de atrás.
El propósito de ajustar la distribución del peso en tal vía es balancear el auto entre el eje delantero y el trasero mientras el vehículo está girando.
Si los neumáticos frontales tienen mayor peso sobre ellos mientras se está curvando, entonces se tendrán que ejercer más fuerza sobre los mismos, que los neumáticos traseros para evitar el deslizamiento.
Esto determina que la aceleración de un objeto de masa "m" trasladándose alrededor de un círculo con cierta velocidad, necesita una fuerza para permanecer en el sendero circular con esa velocidad, y esa fuerza es justo la masa del objeto multiplicada por la aceleración.
Por lo tanto si el frente tiene más peso, las ruedas frontales tenderán a proveer más fuerza que las ruedas traseras para evitar que el automóvil se deslice (patine) al doblar.
Eventualmente, las ruedas frontales comenzarán a deslizarse antes que las traseras, lo que define aquello llamado subviraje.
Haciendo igual de pesado el tren delantero y el trasero durante un giro no necesariamente significa que la distribución del peso será de 50/50, 50 % sobre las ruedas delanteras y 50% sobre las traseras, mientras el auto permanece sobre su camino.
11
En lugar de usar la distribución 50/50 se podría utilizar 55/45. El frente del vehículo será más pesado que la parte trasera cuando el auto esté quieto, pero cuando acelera en una curva el peso se elevará en la parte de atrás y balanceará al vehículo.
Si se encuentra circulando por un camino con curvas muy cortas y pronunciadas, entonces probablemente entrará al punto de máxima exigencia al doblar.
Cuando maneja en un camino con el mismo número de curvas tanto a derecha como a izquierda, la "vía frontal" será el único ajuste del peso que funcionará bien.
Sin embargo, hay dos ajustes más que se pueden mejorar notablemente la maniobrabilidad si está compitiendo en una pista oval o en un camino con predominio de curvas hacia derecha o hacia izquierda.
Estos ajustes adicionales son: la vía de la izquierda y el cruce de peso. De esta manera por ejemplo podríamos modificar la transferencia de peso y distribución para que el vehículo curve de mejor manera para un lado.
2.2. TRACCIÓN TRASERA
La tracción trasera (realmente denominada propulsión de empujar) (abreviación en inglés RWD, de Rear-Wheel Drive) es un sistema en el que el movimiento del motor se transmite sólo a las ruedas traseras.
2.2.1 HISTORIA DE LA TRACCIÓN TRASERA
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La mayoría de vehículos de tracción trasera tienen un motor montado longitudinalmente en la parte delantera del mismo, transmitiendo el movimiento del motor a los ejes traseros a través de una caja de cambios, eje de transmisión, diferencial y el eje de ruedas trasero.
FIGURA 2. TRACCIÓN TRASERA
2.2.2 VENTAJAS DE LA TRACCIÓN TRASERA EN EL BUGGY
Distribución de pesos más uniformes en las cuatro esquinas.
Mejor maniobrabilidad al tener un peso mejor distribuido, lo que ayuda en las curvas, aceleración y frenado.
Mejor estabilidad y adherencia en caminos de asfalto o condiciones climatológicas buenas.
Más apto con motores de mayor potencia.
Más apto para remolques.
Más robustos por separar las ruedas de dirección con las de impulsión.
Mecánica más fácil.
Reducción del diámetro de giro, mejorando su maniobrabilidad en espacios estrechos.
La distribución del peso adecuada también permite una conducción más sencilla y está equilibrada para reducir efectos como son el sobreviraje y subviraje.
13
2.3 SUBVIRAJE
El subviraje es un fenómeno que se produce durante la conducción de un vehículo que provoca que el giro real del mismo sea menor al que teóricamente debería inducir la posición de las ruedas delanteras. De este modo la parte delantera del vehículo tiende a salirse hacia el exterior de la curva. Se produce cuando el vehículo pierde adherencia en el tren delantero, por lo cual, da la sensación de "abrirse" en las curvas.
Es típico de los vehículos de tracción delantera y está determinado principalmente por el reparto de pesos entre los ejes del vehículo y por las inercias que producen las transferencias de masas durante la conducción. El efecto contrario se conoce como sobreviraje.
En el subviraje, causado generalmente por un giro abrupto, las ruedas delanteras comienzan a patinar antes que las traseras, por lo que si se presiona ligeramente el freno, la transferencia de pesos del eje trasero al delantero ayudara a aumentar la fuerza de fricción en este eje para mejorar la situación.
Como anécdota, el ex-piloto y campeón del Mundo de rally Walter Röhrl expresó una vez: "Subviraje es cuando ves el árbol contra el que te vas a estrellar. Sobreviraje es cuando sólo lo sientes"
2.4 SOBREVIRAJE
14
FIGURA 3. SOBREVIRAJE Y SUBVIRAJE
2.5 CARGA VERTICAL O INPUT
La entrada o input no es más que el peso o carga vertical que se genera en una rueda, determinando así el performance de tracción llamado output de la misma.
El Buggy tiene un peso aproximado de 215 kg Carga Vertical = peso o carga en cada rueda
La carga vertical del buggy sin el peso del conductor es: Ruedas traseras= 134.1 kg
Ruedas delanteras=81.81kg
2.6 TRACCIÓN U OUTPUT
15
Tracción es lo que hace un auto girar, acelerar y frenar, está en función de cuantas moléculas de caucho tocan el área de contacto o calle y que tanto peso se tenga sobre esa área.
Se pensaría consecuentemente que una manera de ganar tracción es agregar “carga vertical” (peso) en los neumáticos, mayor peso = mayor tracción, sin embargo en la práctica no sucede así ya que aunque el peso aumente sobre una llanta la tracción no aumenta en la misma proporción por lo que las llantas tienen que hacer un mayor esfuerzo para mantener la tracción debido al peso añadido. Para esto se tiene la curva de performance de las llantas. Agregar peso “muerto” no solo incrementa la “carga vertical” sino también la horizontal ya que el peso tiende a transferirse hacia los costados del vehículo en curvas.
Una manera de obtener mejor tracción aumentando la “carga vertical” sin añadir peso muerto es el “downforce” o empuje hacia abajo por aerodinámica.
Otra manera de mejorar la tracción es aumentar el área de contacto de la llanta.
Esto se puede lograr con llantas más anchas o con ajustes en el “caster” y “camber” para procurar que al tomar la curva la llanta mantenga la mayor cantidad de superficie en contacto con la calle.
Incluso ajustes en la presión del aire de las llantas puede ayudar bastante en la tracción
2.7 CARGA VERTICAL CONTRA (VS. ) TRACCIÓN
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La carga vertical está cambiando constantemente de acuerdo al movimiento del vehículo es decir si esta en curva, frenado o aceleración.
La curva de performance de una llanta es la cantidad de tracción disponible para un determinado tipo de llanta. Mientras mayor peso existe sobre el neumático mayor es la tracción disponible.
No es necesario tener una curva para cada modelo especifico de llanta porque que lo que se busca son características y rendimientos mas no un valor exacto.
FIGURA 4. CURVA PERFORMANCE LLANTAS
La eficiencia o rendimiento de la llanta es el output o tracción dividido para el input o carga vertical.
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La fuerza g no es una medida de fuerza, simplemente es una medida intuitiva de aceleración. Una aceleración de 1G es generalmente considerado como igual a la gravedad estándar, que es de 9.80665 metros por segundo cuadrado (m/s2).
Para poder verificar estos datos se debe ver cuál es el peso o carga vertical en cada neumático y comparar en la anterior gráfica. De esta manera se obtiene dos datos la tracción y carga vertical con estos datos se hace la siguiente tabla
De esta manera podemos analizar ciertas condiciones de manejo que el auto puede presentar.
TABLA 1. CARGA VERTICAL Y EFICIENCIA DE CURVADO
CARGA VERTICAL VS. EFICIENCIA DE CURVA
CARGA TRACCION TRACCION FACTOR EFICIENCIA
VERTICAL Kg DISPONIBLE Kg CARGA VERTICAL
FUERZAS G CURVA
227 318 318 / 227 1.40 140%
454 454 454/ 454 1.00 100%
_
682 568 568/ 682 .83 83%
909 682 682 / 909 .75 75%
_ Buggy 134
210 210/ 134
18
2.8. CÁMBER
Cuando una llanta esta perpendicular al piso es cuando mayor tracción u output presenta. A esto se lo llama cámber 0. Cuando la llanta es perpendicular al piso su patrón de contacto es mucho más grande que cuando presenta cierto ángulo.
Esta área de contacto está en contacto directamente con la superficie o piso. Camber es una medida angular que representa la inclinación de la parte superior de las ruedas, hacia fuera (+) o hacia adentro (-), a partir de la vertical, vista desde el frente del vehículo.
En otras palabras el cámber es el ángulo formado entre las ruedas y el vehículo. Específicamente es el ángulo formado entre el eje vertical de la llanta y el eje vertical del carro visto desde adelante hacia atrás. La diferencia entre ambos ángulos nos dará como resultado el valor del camber. Este ángulo altera la calidad adherencia del vehículo cuando usan suspensión. Es decir cuando se tiene un camber negativo se mejora la adherencia en las curvas. Porque al momento de la curva por la inclinación del carro la llanta tiene una mayor superficie de contacto.
Por no tener suspensión este buggy, lo más recomendable es tener un camber de menos de 1° o 0°. Esto debido a que en las curvas las llantas tienden a tener la misma inclinación que el vehículo.
Por otro lado si tenemos un camber negativo que va a favorecer en las curvas, también nos quita adherencia en la frenada y aceleración en las rectas. En su lugar para una mejor frenada y aceleración debemos tener camber 0.
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Así como la mayoría de autos tienen un camber negativo, existen muchos otros que por su uso tiene un camber positivo que beneficia a que la columna de dirección haga menos esfuerzo
FIGURA 5. CÁMBER
2. 9. CÍRCULO DE TRACCIÓN
El concepto del círculo de tracción está basado en el hecho de que una llanta tiene cierta cantidad de tracción en un momento dado.
Esta cantidad de tracción depende como ya se dijo del peso en cada llanta, las condiciones de la superficie, clima, etc.
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Este círculo indica que la cantidad de fuerza de curvado disponible para una llanta va a reducirse con cualquier otra fuerza utilizada sea para acelerar o frenar
FIGURA 6. CÍRCULO DE TRACCIÓN
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longitudinales, apenas se puede usar un 10 % de éstas (en este caso, frenada). Es decir, con esa inclinación, si se activan los frenos y supera una fuerza mayor del 10% de lo que sería posible en línea recta, empezara a deslizar. i
Entonces esto dice que dependiendo de la superficie de contacto también se cambian los límites de este círculo representando así una menor o mayor adherencia dependiendo del caso. En el caso de las ruedas de goma, el coeficiente de fricción no es constante y depende de la temperatura, la presión y sobre todo de la cantidad de deslizamiento de la rueda respecto a la superficie del circuito. En el caso de las ruedas para todo terreno se consigue normalmente incrementar el valor del coeficiente de rozamiento mas por efecto de la deformación de las superficies en contacto según el tipo de huella de la rueda utilizada, que por fuerza de adhesión, que depende más de la calidad de compuesto y la temperatura de funcionamiento y que sin embargo son preponderantes para incrementar el valor del coeficiente de rozamiento cuando se trata con autos de pista.
En todos los casos interesa incrementar esta fuerza de fricción para mejorar las características de aceleración y paso en curva de los vehículos. Pero todo tiene un límite y este depende de cómo se combinan las distintas fuerzas que interactúan sobre las ruedas de nuestro modelo durante la conducción del mismo.
2.9.1 EFECTOS DE LA ACELERACIÓN EN EL CÍRCULO DE TRACCIÓN
22 2.9.2 EFECTOS DE FRENADO EN EL CÍRCULO DE TRACCIÓN
Estos efectos son similares pero opuestos. Si se bloquea las ruedas delanteras se hará que el vehículo siga por la misma recta o por una recta tangente, independientemente de donde se encuentre la posición del volante o el ángulo de las ruedas. Cuando se bloquean las ruedas delanteras, todas las fuerzas de tracción son absorbidas para el frenado y como resultado se tiene de igual manera cero fuerzas disponibles para curvar. Para contrarrestar este efecto es que se instalan sistemas de antibloqueo o más conocido como ABS en ciertos modelos de vehículos.
En un auto en movimiento, la distribución de fuerzas de aceleración, curva y frenado está constantemente cambiando.
2.10. EFICIENCIA CURVA
Muchos textos y revistas incluyen una medida de la potencia o eficiencia de curva de varios modelos de autos deportivos.
La eficiencia de curvado es una medida expresada en fuerzas g. Para determinar este valor se hace un patrón circular en una superficie plana asfáltica y se dibuja una circunferencia de entre 60 y 90 metros de diámetro. Se maneja al vehículo alrededor del círculo lo más rápido que sea posible sin dejar que pierda tracción en la curva, se mide el tiempo en que el auto completa los 360° y se calcula la aceleración lateral con el radio de la circunferencia que el auto realizo y con el tiempo en el que cumplió los 360°.ii
Por ejemplo un Corvette logra una aceleración de 0.84g´s y un auto de carreras produce 1.15 g´s.
La fórmula es la siguiente:
Aceleración lateral (eficiencia de curva)= (0.3754 x R) / R= radio en metros de la circunferencia
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2.11. MATERIALES, EQUIPOS Y ACCESORIOS DEL BUGGY
Los materiales que se utilizan en el buggy tanto para la estructura como para ciertos accesorios están detallados a continuación. También se puede
encontrar los equipos necesarios que se utilizan en la construcción del mismo.
2.11.1 MATERIALES
Con la ayuda del libro “How to build a dune Buggy” de Earl Duty. Se utilizo los materiales que mas convenían según el caso. Desde que aceros utilizar, hasta que componentes como engranajes, catalinas, cadenas, frenos, llantas, etc. De esta manera se adquirieron los materiales en diferentes sitios de la ciudad.
Existen muchas decisiones que tomar antes de comprar cualquier componente o material que se va a utilizar en el buggy o cualquier proyecto. Primeramente se debe determinar qué tipo de buggy o vehículo se quiere hacer, y simplemente para eso se debe saber en qué se lo va a utilizar o qué necesidad debe cumplir.
Una vez realizado esto en el diseño, se junta cada uno de los componentes que están planificados y observar si van a poder trabajar en conjunto y van a cumplir con las necesidades.
Este buggy es apto para rodar sobre asfalto como también sobre tierra, es decir es un buggy sport, su diseño es el de un buggy sin suspensión ya que la necesidad a cubrir no es la de malos caminos sino mas un combinado entre ciudad y caminos vecinales.
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En el libro de Earl Duty dice que para la estructura se pueden usar un tubo de acero redondo de un espesor de 2mm.
2.11.2 ALGUNOS MATERIALES O ÍTEMS UTILIZADOS SON:
Los materiales se determinan bajo las recomendaciones de Ron Champion en su libro “como construir un buggy arenero”.
Ítem Descripción Características Uso Observación
Acero de
transmisión AISI 4340
25 mm y 38mm de diámetro
Columna de dirección y eje motriz trasero Tubo de
acero
Tubo estructural redondo ASTM A569
38mm de diámetro x 2mm espesor Estructura del buggy Chumaceras de piso Rodamiento Tipo UC 205
25mm y 38mm diámetro
interno
Eje motriz, columna de dirección
Rodamiento de altas rpm Pernos con
tuerca
Milimétricos grado 8 paso 1.5
M12 x 100mm Chumaceras de piso
Con tuerca de seguridad Pernos con
tuerca
Milimétricos grado 8 paso 1.5
M10x 120mm dirección Con tuerca de seguridad Pernos con
tuerca
Milimétricos grado 8 paso 1.5
M6x 40mm accesorios Con tuerca de seguridad Tanque de
combustible
Plástico de polietileno
Capacidad 1 galón
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Tanque de Aceite
Plástico de polietileno
Capacidad de 0.25 galones
Tanque de aceite para motor de 2 tiempos Neumáticos Compuesto
mixto 225/55 rin 8 Llantas
Asfalto o tierra
Motor Suzuki
Combustión interna 2 tiempos
11hp, 9.8Nm a 6500 rpm
Motor de combustión
Caja de 4 velocidades Motor
eléctrico Mars Electric
15hp, 48v, 18Nm a 3700 rpm
Motor eléctrico
Controlador Alltrax Axe 300 amp, 48 v
Controlador del M. Eléctrico Fibra de
carbono
Fibra de carbono
americana tejido grueso
Panel de control y acelerador
2.11.3 ACERO
Comúnmente se denomina acero a una aleación de hierro y carbono, donde el carbono no supera el 2,0% en peso de la composición de la aleación. Porcentajes mayores que el 2,0% de carbono dan lugar a las fundiciones, que, a diferencia de los aceros, son quebradizas y no se pueden forjar, sino que se moldean. 1
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de diamante en que su estructura cristalográfica lo hace el más duro de los materiales conocidos). Es la diferencia en diámetros atómicos lo que va a permitir al elemento de átomo más pequeño difundir a través de la celda del otro elemento de mayor diámetro.
El acero es el más popular de las aleaciones, es la combinación entre un metal (el hierro) y un no metal (el carbono), que conserva las características metálicas del primero, pero con propiedades notablemente mejoradas gracias a la adición del segundo y de otros elementos metálicos y no metálicos. De tal forma no se debe confundir el hierro con el acero, dado que el hierro es un metal en estado puro al que se le mejoran sus propiedades físico-químicas con la adición de carbono y demás elementos.
La definición anterior, sin embargo, se circunscribe a los aceros al carbono en los que este último es el único aleante o los demás presentes lo están en cantidades muy pequeñas. De hecho existen multitud de tipos de acero con composiciones muy diversas que reciben denominaciones específicas en virtud, ya sea de los elementos que predominan en su composición (aceros al silicio), de su susceptibilidad a ciertos tratamientos (aceros de cementación), de alguna característica potenciada (aceros inoxidables) e incluso en función de su uso (aceros estructurales). Usualmente estas aleaciones de hierro se engloban bajo la denominación genérica de aceros especiales, razón por la que aquí se ha adoptado la definición de los comunes o "al carbono" que además de ser los primeros fabricados y los más empleados, sirvieron de base para los demás. Esta gran variedad de aceros llevó a Siemens a definir el acero como «un compuesto de hierro y otra sustancia que incrementa su resistencia».
2.11.4. FIBRA DE CARBONO
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como la madera o el plástico. Por su dureza tiene menor resistencia al impacto que el acero.
Al tratarse de un material compuesto, en la mayoría de los casos -aproximadamente un 75%- se utilizan polímeros termoestables. El polímero es habitualmente resina epóxica, de tipo termoestable aunque otros polímeros, como el poliéster o el viniléster también se usan como base para la fibra de carbono aunque están cayendo en desuso
FIGURA 7. FIBRA DE CARBONO
2.12. PARTES Y EQUIPOS PRINCIPALES
A continuación se presentan los equipos y partes principales del buggy tanto como para la parte eléctrica como también la de combustión.
2.12.1. MOTORES DE COMBUSTIÓN
Se denomina motor de combustión a un motor capaz de transformar parte de la energía proveniente de la combustión de sustancias adecuadas, denominadas combustibles, en energía mecánica.
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También existen motores de combustión externa, en los cuales la combustión se realiza en una cámara exterior al motor llamada caldera, como las maquinas de vapor.
En este caso se utilizó un motor de combustión interna Suzuki de 2 tiempos, 100cc de cilindrada, con una potencia de 11 hp y 9.8Nm a 6.500 rpm.
2.12.1.1 Motor de combustión Interna
Un motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química de un combustible que arde dentro de una cámara de combustión.
2.12.1.2 Tipos principales
Alternativos o principales
a) El motor de explosión ciclo Otto, cuyo nombre proviene del técnico alemán que lo inventó, Nikolaus August Otto, es el motor convencional de gasolina.
b) El motor diésel, llamado así en honor del ingeniero alemán nacido en Francia Rudolf Diesel, funciona con un principio diferente y suele consumir gasóleo.
La turbina de gas.
El motor rotativo
2.12.1.3. Clasificación de los alternativos según el ciclo
De dos tiempos (2T): efectúan una carrera útil de trabajo en cada giro
De cuatro tiempos (4T) efectúan una carrera útil de trabajo cada dos giros.
29 2.12.1.4. Historia
Los primeros motores de combustión interna alternativos de gasolina que sentaron las bases de los que conocemos hoy fueron construidos casi a la vez por Karl Benz y Gottlieb Daimler. Los intentos anteriores de motores de combustión interna no tenían la fase de compresión, sino que funcionaban con una mezcla de aire y combustible aspirada o soplada dentro durante la primera parte del movimiento del sistema. La distinción más significativa entre los motores de combustión interna modernos y los diseños antiguos es el uso de la compresión.
2.12.1.5. Estructura y funcionamiento
Los motores Otto y los diésel tienen los mismos elementos principales, (bloque, cigüeñal, biela, pistón, válvulas) y otros específicos de cada uno, como la bomba inyectora de alta presión en los diésel, o antiguamente el carburador en los Otto.
En los 4T es muy frecuente designarlos mediante su tipo de distribución: SV, OHV, SOHC, DOHC. Es una referencia a la disposición del (o los) árbol de levas.
2.12.1.6. Encendido
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entre los cuales el impulso eléctrico produce una chispa, que inflama el combustible.
Si la bobina está en mal estado se sobrecalienta; esto produce pérdida de energía, aminora la chispa de las bujías y causa fallos en el sistema de encendido del automóvil.
2.12.1.7 Refrigeración
Dado que la combustión produce calor, todos los motores deben disponer de algún tipo de sistema de refrigeración. Algunos motores estacionarios de automóviles y de aviones y los motores fueraborda se refrigeran con aire. Los cilindros de los motores que utilizan este sistema cuentan en el exterior con un conjunto de láminas de metal que emiten el calor producido dentro del cilindro.
El motor de combustión del buggy es enfriado por aire.
2.12.1.8 Motor de dos tiempos
Motor refrigerado por aire de una moto: azul aire, verde mezcla aire/combustible, gris gases quemados.
Existen motores dos tiempos tipo Otto y también diésel, estos motores por tener un tiempo de potencia cada dos fases en lugar de cada cuatro (motor de 4 tiempos) su eficiencia menor que la de los motores de cuatro tiempos, pero al necesitar sólo dos tiempos para realizar un ciclo completo, producen más potencia que un motor cuatro tiempos del mismo tamaño.
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cabezal del cilindro. La primera fase es la compresión, en la que se enciende la carga de mezcla cuando el pistón llega al final de la fase. A continuación, el pistón se desplaza hacia atrás en la fase de explosión, abriendo el orificio de expulsión y permitiendo que los gases salgan de la cámara.
FIGURA 8. MOTOR DE DOS TIEMPOS
2.13. EQUIPOS ELECTRICOS Y ELECTRÓNICOS
El buggy cuenta con un motor eléctrico que permite el movimiento del vehículo. El motor que se utilizo es un
2.13.1 MOTOR ELÉCTRICO ME0708 PM:
Este motor es de tipo Brushed, de imán permanente, corriente continua y de alta eficiencia y rendimiento. Es capaz de lograr hasta 15hp y puede trabajar con tensiones desde los 24v hasta los 48v y 18 Nm de torque. Puede consumir continuamente 100 amperios hora y en descargas bruscas hasta 300 amperios hora. Diseñado para trabajar con baterías de corriente continúa en vehículos eléctricos.
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FIGURA 9. MOTOR ELÉCTRICO
2.13.1.1 Que es un motor eléctrico
Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, y también pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Un motor eléctrico simple es una bobina de cable esmaltado que rota dentro de campos magnéticos para un motor brushed o con escobillas.
Esta bobina es alimentada por dos o varias escobillas que hacen contacto con un anillo plano cortado llamado conmutador.
Existen motores eléctricos de todo tipo, forma y tamaños y son los elementos mecánicos más eficientes del planeta. Y al contrario de un motor de combustión los motores eléctricos no generan residuos contaminantes. Técnicamente en un motor eléctrico solo existen tres partes en movimiento, el rotor principal y los dos rodamientos.
Un motor eléctrico tiene una eficiencia entre el 85 % y 95 % de energía transferida a las ruedas, mientras que un motor de combustión llega al 20% 0 30% y máximo un motor diesel hasta un 40 % en casos especiales.
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Además algo que es muy ventajoso de los motores eléctricos es su reducido tamaño y peso comparado al motor de combustión.
Es por esto que en el caso de los vehículos híbridos se puede utilizar un motor eléctrico potente y un motor de combustión mucho más pequeño que el de serie.
En el buggy utilizo un motor eléctrico de corriente continua de magneto permanente o imán permanente, este tipo de motores tienen ciertas diferencias importantes comparado a un motor común o un motor eléctrico antiguo.
El tamaño de este tipo de motores es mucho más reducido, su peso es de la mitad de un motor eléctrico normal que tenga la misma potencia, es mucho más eficiente. Otra ventaja muy grande es que este tipo de motores ya no sufre pérdidas de magnetismo con el uso y el tiempo. Hace varios años los motores eléctricos también perdían potencia debido a la desmagnetización de sus imanes.
Otro dato importante de estos motores PM, por sus siglas en ingles que significan Permanent Magnet, es que el torque se mantiene independientemente de la circunstancia, por ejemplo un motor de combustión tiene el torque más alto a las 4500 rpm en promedio, mientras que los motores eléctricos PM pueden tener el mismo torque incluso en arranque o altas rpm.
Este motor es controlado por el controlador de velocidad Alltrax y por el sensor de posición del acelerador que es un potenciómetro
2.13.1.2 Partes del motor eléctrico
Armazón
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Un motor inrunner es el que usamos en este buggy, su carcasa o armazón es fijo y no se pueden ver las partes en movimiento.
Un motor outrunner es la nueva tecnología de motores, su carcasa gira. Es decir el Armazón exterior se apoya en el eje bobinado que es estático y los imanes giran junto con el armazón exterior, sin necesidad de utilizar escobillas. Es decir son motores que trabajan de la misma manera pero en lugar de tener un rotor, la carcasa o armazón se convierte en rotor.
Rotor
El rotor es la parte principal del motor eléctrico, gira en un eje apoyado en dos rodamientos, creando torque. La rotación como ya dijimos es producida por la corriente que pasa por la bobina.
El rotor consta principalmente de un eje con piezas laminadas de acero llamada núcleo.
El núcleo del rotor es dividido en secciones con bobinas de cable de cobre esmaltado. Cuando la corriente es aplicada a través del conmutador y las escobillas se producen el movimiento del rotor.
Conmutador
El conmutador normalmente consiste en un segmento de cobre, divido en partes, pegado a una circunferencia plana que se encuentra en el rotor. Cada segmento del conmutador está separado del otro.
Un juego de escobillas que están en el armazón del motor suple corriente al conmutador y cada segmento.
El conmutador actúa como un interruptor para cada segmento del rotor. Cuando las escobillas están en contacto fluye corriente a través del conmutador y por lo tanto de los bobinados.
Mientras el rotor gira, las escobillas en contacto con el conmutador, alternan los polos magnéticos continuando con la rotación del motor.
Campo Magnético
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Si se tiene un motor excitado quiere decir que tiene otro bobinado más pequeño que el del rotor para crear un campo magnético.
Los imanes o polos son curvados y dados la forma del rotor para hacer coincidir su circunferencia.
Como se afirma los polos pueden ser creados por un imán permanente o por un electroimán.
Escobillas
Las escobillas son hechas de un material compuesto de carbón, usualmente son de forma rectangular. Tiene un cable de cobre adherido que ayuda a la conducción de la corriente, hoy en día se adhieren diferentes materiales para reducir el desgaste.
Las escobillas están sujetas en lo que se llama porta escobillas y se encuentran en la parte trasera del motor.
El porta escobillas tiene un resorte que presiona a las escobillas contra el conmutador cada resorte está diseñado para proporcionar la tensión adecuada y realizar un buen contacto con el conmutador.
La tensión de las escobillas con el conmutador es sumamente importante. Si la tensión es menor que la adecuada las escobillas rebotaran y producirán un arco. Y si la tensión es mayor a lo adecuado las escobillas sufrirán un desgaste prematuro, incluso pueden dañar al conmutador.
2.13.1.3 Tiempo o distribución del motor eléctrico
Al igual que un motor de combustión interna, en un motor eléctrico tenemos un avance o retardo del tiempo de “distribución”. En un motor eléctrico el campo magnético nunca es perfectamente uniforme. Cuando el rotor da vueltas induce efectos de campos que interrumpen y distorsionan las líneas de campo magnético del estator.
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que la corriente llega a las escobillas, de esta manera se produce la mayor eficiencia magnética y fuerza de rotación o torque del motor.
Para modificar el tiempo en un motor eléctrico se puede variar los ángulos de posición de las escobillas, como ya sabemos el motor viene ya con el mejor avance posible que se determina en la fábrica.
2.13.1.4 Principio de funcionamiento
Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético.
El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estator, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor.
Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campo magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado flecha.
Ventajas
En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores de combustión:
A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos. Se pueden construir de cualquier tamaño.
Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante.
37 2.13.2. CONTROLADOR DE VELOCIDAD
Este controlador está diseñado para motores PM. Es programable vía un conector RS232 que es un puerto común de computadora. Tiene diferentes patrones de trabajo. Es sellado completamente por un recubrimiento epóxico que lo protege de los cambios ambientales. Tiene transistores de alta tecnología y tipo mosfet para entregar una excelente eficiencia y transferencia de energía.
FIGURA 10. CONTROLADOR DE VELOCIDAD
2.13.3 CONTACTOR:
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contactor de reversa con la función de invertir la polaridad y dar reversa al buggy.
FIGURA 11. CONTACTOR DE 48 V
2.13.4 ACELERADOR O POTENCIÓMETRO
El potenciómetro hace la función de un acelerador, mide donde se encuentra el pedal de acelerador y envía una señal. Está conectado al pedal del acelerador o como en este buggy por diseño conectado a la palanca de aceleración ubicada en el volante. El potenciómetro que se utiliza en el buggy es un Curtis PB-6 es el más común por su gran performance. Este trabaja en un rango entre 0 y 5k ohmios.
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FIGURA 12. POTBOX O ACELERADOR
2.13.5 GENERADORES DE CORRIENTE
Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator).
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FIGURA 13. GENERADOR DE CORRIENTE
41 2.13.6 BATERÍA
La batería o acumulador eléctrico, es un dispositivo que almacena energía eléctrica, usando procedimientos electroquímicos y que posteriormente la devuelve casi en su totalidad; este ciclo puede repetirse por un determinado número de veces. Se trata de un generador eléctrico secundario; es decir, un generador que no puede funcionar sin que se le haya suministrado electricidad previamente mediante lo que se denomina proceso de carga. Desde sus comienzos la tecnología de las baterías ha evolucionado. Mirando hacia el pasado encontramos la primera batería, inventada en 1800 por Alessandro Volta. En honor a él se puso en nombre de Voltio a la unidad de medida de tensión de corriente.
En un auto que sea solamente eléctrico la batería es el elemento más importante del mismo.
Todos los días de nuestras vidas tenemos baterías funcionando cerca de nosotros. Es una industria multibillonaria alrededor del mundo. Sin las baterías no podríamos encender nuestros autos, luces de emergencia, nuestros celulares, sistemas de seguridad, telecomunicaciones, etc.
La batería es algo que no hemos sustituido desde los años 1800, casi 211 años.
Se dice que existe una conspiración entre Texaco-Chevron y General Motors, afirman varios libros que es la razón por la cual en estos últimos años no se han reemplazado ya a los vehículos de combustión interna. Se dice que Texaco-Chevron compró a general motors la patente de la batería de Nickel Metal Hidride
42 2.13.6.1 Baterías de plomo-ácido
En muchos países también se la conoce como batería de arranque y es la que utilizamos comúnmente en los autos de combustión para encender los motores.
Está constituida por dos electrodos de plomo, de manera que, cuando el aparato está descargado, se encuentra en forma de incrustado en una matriz de plomo metálico (Pb); el electrólito es una disolución de ácido sulfúrico. Este tipo de acumulador se sigue usando aún en muchas aplicaciones, entre ellas en los automóviles. Su funcionamiento es el siguiente:
Durante el proceso de carga inicial, el sulfato de plomo (II) es reducido a plomo metal en el polo negativo (cátodo), mientras que en el ánodo se forma óxido de plomo . No se libera hidrógeno, ya que la reducción de los protones a hidrógeno elemental está cinéticamente impedida en una superficie de plomo, característica favorable que se refuerza incorporando a los electrodos pequeñas cantidades de plata. El desprendimiento de hidrógeno provocaría la lenta degradación del electrodo, ayudando a que se desmoronasen mecánicamente partes del mismo, alteraciones irreversibles que acortarían la duración del acumulador.
Durante la descarga se invierten los procesos de la carga. El óxido de plomo, que ahora ejerce de cátodo, es reducido a sulfato de plomo , mientras que el plomo elemental es oxidado en el ánodo para dar igualmente sulfato de plomo . Los electrones intercambiados se aprovechan en forma de corriente eléctrica por un circuito externo.
En la descarga baja la concentración del ácido sulfúrico, porque se crea sulfato de plomo y aumenta la cantidad de agua liberada en la reacción. Como el ácido sulfúrico concentrado tiene una densidad superior a la del ácido sulfúrico diluido, la densidad del ácido puede servir de indicador para el estado de carga del dispositivo.
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reversibilidad. Se dice entonces que la batería se ha sulfatado y es necesario sustituirla por otra nueva.
FIGURA 15. BATERIA DE PLOMO
2.13.6.2 Baterías de Litio
Las baterías de Litio son la última tecnología y es a la que todos los medios le ponen interés. Muchos de los fabricantes de autos y motocicletas han incrementado el uso de baterías de litio. El litio será el futuro cercano de los vehículos eléctricos e híbridos, aunque como ya lo dijimos ya se usan.
Cuando las baterías son cuidadas correctamente, trabajan excepcionalmente bien, de hecho es la mejor batería que se puede encontrar.
En una celda de litio típica, el ánodo, o electrodo negativo, está basado en carbón, y el cátodo o electrodo positivo, está hecho de litio y cobalto o manganeso, hierro, polímeros, etc.
44 2.13.6.3 Reciclaje de Baterías
Como se ha visto, la mayoría de baterías contienen metales pesados y compuestos químicos, muchos de ellos perjudiciales para el medio ambiente. Es muy importante no tirarlas a la basura (en la mayoría de los países eso no está permitido), y llevarlas a un centro de reciclado. Actualmente, la mayoría de los proveedores y tiendas especializadas también se hacen cargo de las baterías usadas.
Dentro de este grupo están baterías aunque no se limitan a: Baterías de automóvil, de carros de golf, sistemas de alimentación ininterrumpida, baterías de maquinaria industrial, baterías de motocicletas, y otras baterías comerciales. Pueden ser normales de plomo ácido, selladas de plomo ácido, de tipo gel, o de matriz absorbente. Estas se reciclan picándolas, neutralizando su ácido, y separando los polímeros del plomo. Los materiales recuperados se usan en una variedad de aplicaciones, incluyendo nuevas baterías y pilas.
4.1. VEHÍCULOS ELÉCTRICOS
Un vehículo eléctrico consiste básicamente de tres partes principales, un motor eléctrico que da movimiento a las ruedas, una fuente de energía que en este caso son las baterías y un controlador que regula la energía que fluye hacia el motor.
Un vehículo eléctrico necesita de una fuente de alimentación de energía eléctrica externa para recargar sus baterías.
Un vehículo eléctrico de batería (abreviado "VEB") es un vehículo de propulsión alternativa.
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obtiene la tracción de los motores eléctricos, pero la energía puede ser suministrada de varias formas como:
Alimentación externa del vehículo durante todo su recorrido, con un aporte constante de energía, como es común en el tren eléctrico y el trolebús.
Energía proporcionada al vehículo en forma de un producto químico almacenado en el vehículo que, mediante una reacción química producida a bordo, produce la electricidad para los motores eléctricos. Ejemplo de esto es el coche híbrido no enchufable, o cualquier vehículo con pila de combustible.
Energía generada a bordo usando energía nuclear, como son el submarino y el portaaviones nuclear.
Energía generada a bordo usando energía solar generada con placas fotovoltaicas, que es un método no contaminante durante la producción eléctrica, mientras que los otros métodos descritos dependen de si la energía que consumen proviene de fuentes renovables para poder decir si son o no contaminantes.
Energía eléctrica subministrada al vehículo cuando está parado, que es almacenada a bordo con sistemas recargables, y que luego consumen durante su desplazamiento. Las principales formas de almacenamiento son:
Energía química almacenada en las baterías como en el llamado vehículo eléctrico de batería, especialmente en baterías de litio que parece ser la tecnología más madura a día de hoy. Es preciso destacar las nuevas inversiones que se están haciendo en el mayor yacimiento de litio (Salar de Uyuni-Bolivia) para la fabricación de estas baterías.
Energía eléctrica almacenada en súper-condensadores. Tecnología aún muy experimental.
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Almacenamiento de energía recargable y un sistema de conexión directa permanente.
Almacenamiento de energía recargable y un sistema basado en la quema de combustibles, incluye la generación eléctrica con un motor de explosión y la propulsión mixta con motor eléctrico y de combustión
ihttp://ingenieriadelautomovil.wordpress.com/2010/04/23/circulo-de-traccin-o-circulo-de-kamm/
Ingenieria del automovil 2011-04-13
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