i
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
ESCUELA DE POSGRADO
UNIDAD DE POSGRADO DE LA FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS - SEDE SATIPO
TESIS
PRESENTADA POR:
URETA CAMPOS, Iroshi Erik
PARA OPTAR AL GRADO ACADÉMICO DE:
MAESTRO EN DESARROLLO SOSTENIBLE
CON MENCIÓN EN MEDIO AMBIENTE Y GESTIÓN DEL TERRITORIO
Satipo - Perú 2021
IMPACTO AMBIENTAL, SOCIAL Y ECONÓMICO DE LA CONVERSIÓN DE UNA MOTO DE COMBUSTIÓN INTERNA
A ELÉCTRICA ALIMENTADA CON ENERGÍA SOLAR
ii
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
ESCUELA DE POSGRADO
UNIDAD DE POSGRADO DE LA FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS - SEDE SATIPO
TESIS:
PRESENTADA POR:
Iroshi Erik URETA CAMPOS
PARA OPTAR AL GRADO ACADÉMICO DE:
MAESTRO EN DESARROLLO SOSTENIBLE
Con Mención en Medio Ambiente y Gestión del Territorio
APROBADA POR EL JURADO SIGUIENTE
PRESIDENTE:
_______________________________
Mtro. Cayo Leónidas Parra Vásquez
PRIMER MIEMBRO:
_______________________________
Dr. José Manuel Alomia Lucero
SEGUNDO MIEMBRO:
_______________________________
Dr. Víctor Soto Aquino
TERCER MIEMBRO:
_______________________________
Mtro. Milciades Aníbal Baltazar Ruiz
ASESOR DE TESIS:
_______________________________
Dr. José Manuel Alomia Lucero Satipo, 26 de febrero del 2021
Impacto ambiental, social y económico de la conversión de una moto de combustión interna a eléctrica alimentada con
energía solar
iii
iv
DEDICATORIA
A mi padre, quien desde el cielo guía mi camino; a mi madre, a quienes les estoy profundamente agradecido por su apoyo incondicional en mi formación profesional.
v
AGRADECIMIENTO
Al Dr. José Manuel Alomia Lucero, docente de la Facultad de Ciencias Agrarias de la Universidad Nacional del Centro del Perú, asesor de la investigación; por su dedicación y apoyo invalorable.
vi
ÍNDICE GENERAL
Pág.
Carátula ………...………i
Hoja de firmas ……….……….ii
Dedicatoria ………...iv
Agradecimiento ………v
Índice general ………..vi
Índice de tablas ………xiii
Índice de figuras ………..xvi
Resumen ………..xviii
Abstract ………...xi
INTRODUCCIÓN……….20
I. MARCO TEÓRICO ……….22
1.1 ANTECEDENTES O MARCO REFERENCIAL ……….22
1.1.1 Antecedentes internacionales………. 22
1.1.2 Antecedentes nacionales ……….22
1.2 BASES TEÓRICAS Y CONCEPTUALES………...23
1.2.1 Impacto ambiental………..23
1.2.2 Las motocicletas como principal medio de movilización………….23
1.2.3 La contaminación producida por las motocicletas convencionales...23
1.2.4 La contaminación ambiental ………24
1.2.4.1 Los gases contaminantes producidos por los vehículos convencionales……….24
1.2.4.2 La contaminación sonora producida por los vehículos convencionales……….25
vii
1.2.5 Las ventajas del motor eléctrico………...25
1.2.6 Uso de motocicletas eléctricas a nivel mundial ……….…..25
1.2.7. Las motocicletas eléctricas……….26
1.2.7.1. Las motocicletas eléctricas: la contaminación del aire y la contaminación sonora………..26
1.2.7.2 Las ventajas de la motocicleta eléctrica ……….26
1.2.7.3 Las desventajas de la motocicleta eléctrica son ………...27
1.2.8 Impacto mediambiental de la generación de energía eléctrica para los vehículos eléctricos ………..27
1.2.9 El sol como fuente de energía eléctrica ……….27
1.2.10 El precio de las motos eléctricas de 3000W en Europa y China..28
1.3 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS ………29
1.3.1 Marco legal ……….29
1.3.2 Motocicletas eléctricas ……….30
1.3.3 El motor eléctrico ………..30
1.3.3.1 Características de los motores eléctricos ………...31
1.3.4 Motor eléctrico de brushless (o motor eléctrico BLDC) ...31
1.3.5 La energía solar ………....33
1.3.5.1 Los paneles solares: Captadores de la energía del sol…33 1.3.6 Elementos importantes en una moto eléctrica ……….34
1.3.6.1 La batería ……….34
1.3.6.1.1 La batería de litio fosfato hierro (LiFePO4)……..35
1.3.6.2 Controlador del motor eléctrico ………. …...36
1.3.6.3 Acelerador de puño ………36
1.3.6.4 Cargadores ………..37
viii
1.4 HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN ………...37
1.4.1 Hipótesis ……….37
1.5 OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES ………38
1.5.1 Definición de variables ……….………39
1.5.1.1 Variable: dimensión ambiental ………39
1.5.1.2 Variable: dimensión social ………...………39
1.5.1.3 Variable: dimensión económica ………..40
II. DISEÑO METODOLÓGICO ……….41
2.1 TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACIÓN ……….41
2.1.1 Tipo de investigación ………41
2.1.2 Nivel de investigación ……….…….41
2.2 MÉTODO DE INVESTIGACIÓN ……….41
2.3 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ……….41
2.4 POBLACIÓN Y MUESTRA ……….43
2.4.1 Población ………..43
2.4.2 Muestra ……….43
2.4.3 Técnica de muestreo………43
2.5 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOPILACIÓN DE DATOS…..44
2.5.1 Técnicas………….………44
2.5.2 Instrumentos ……….44
2.5.2.1 Instrumentos para la recopilación de datos ………47
2.6 TÉCNICA DE PROCESAMIENTO DE DATOS ………47
III. DESARROLLO DE LA METODOLOGÍA………..49
3.1 LOCALIZACIÓN……….49
ix
3.2 MATERIALES NECESARIOS PARA LA CONVERSIÓN …………... ...49 3.2.1 Para la conversión se necesitaron los siguientes materiales …..49 3.2.1.1 Motor eléctrico BLDC de cubo de rueda de 3000W …….49 3.2.1.2 Controlador Kelly KLS7230N, para motor eléctrico
BLDC………..50 3.2.1.3 Motocicleta HERO malograda; se reparó, se recicló y reutilizó alguna de sus partes ………51 3.2.1.4 Batería de ion-litio de 72V-40Ah, para el motor eléctrico BLDC de cubo de rueda ……….52 3.2.1.5 Acelerador de puño ………53 3.2.1.6 Sistema de alimentación solar de 72V, para recargar la batería ion-litio 72V-40Ah ………...53 3.2.1.7 Sistema de alimentación solar de 12V, para recargar la batería de gel plomo-ácido de 12V-5Ah ………..56 3.2.1.8 Cargador de 10A ………57 3.3 PREPRUEBAS (O1): PRUEBAS REALIZADAS ANTES DE CONVERTIR LA MOTO DE COMBUSTIÓN INTERNA EN ELÉCTRICA…58 3.3.1 Variable ambiental: Prepruebas (O1)………58
3.3.1.1 Resultados de la realización de las prepruebas: Variable ambiental………58 3.3.2 Variable social: Prepruebas (01)……….59
3.3.2.1 Resultados de la realización de las prepruebas: Variable social………...59 3.3.3 Variable económica: Prepruebas (01)………60 3.3.3.1 Determinación del costo energético en soles/10Km de recorrido de la moto de combustión interna………...60
x
3.3.3.1.1 Resultados de la realización de la preprueba del costo energético: Variable económica………..….60 3.3.3.2 Determinación del costo total aproximado del mantenimiento de la moto de combustión interna en sus 53279 Km recorrido……….61 3.4 TRATAMIENTO (X): CONVERSIÓN DE LA MOTO DE COMBUSTIÓN INTERNA A ELÉCTRICA ALIMENTADA CON ENERGÍA SOLAR……….61 3.4.1 Etapas para la conversión de la moto de combustión interna a eléctrica alimentada con energía solar………61 3.5 POSPRUEBAS (O2): PRUEBAS REALIZADAS DESPUÉS DE CONVERTIR LA MOTO DE COMBUSTIÒN INTERNA EN ELÉCTRICA…66 3.5.1 Determinación de la autonomía de la moto eléctrica………...66 3.5.1.1 Determinación de la autonomía usando la energía eléctrica doméstica para cargar la batería de 72V-40Ah……….66 3.5.1.2 Determinación de la autonomía usando el sistema de alimentación solar de 72V para cargar la batería de 72V-40Ah…..67 3.5.1.3 Autonomías: Resultado 1 vs Resultado 2……….68 3.5.2 Variable ambiental: Pospruebas (O2)……….68 3.5.2.1 Resultado de las ppm de CO2 y CO emitidos por la moto eléctrica………..69 3.5.3 Variable social: Pospruebas (O2)………...69 3.5.3.1 Posprueba para evaluar las ppm de CO emitidos por la moto eléctrica………..69 3.5.3.2 Posprueba para determinar la intensidad de sonido (dB) emitido por la moto eléctrica...70 3.5.3.3. Encuesta para determinar el grado de aceptación del producto terminado: “Moto eléctrica alimentada con energía solar”………...70
xi
3.5.4 Variable económica: Pospruebas (O2)……….71 3.5.4.1 Determinar el costo energético en soles/10Km de recorrido de la moto eléctrica………..71 3.5.4.2 Determinar el costo de mantenimiento de la moto eléctrica en los supuestos 53279 Km recorridos……….73 3.5.4.3 Determinar el costo final de nuestra moto eléctrica de 3000W con batería de litio de 72V-40Ah………..74 IV. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS ………...……….75 4.1 VARIABLE AMBIENTAL.………76 4.1.1. Análisis de los datos obtenidos de las ppm de CO2 emitidos por la moto eléctrica………..76 4.1.2 Análisis de los datos obtenidos de ppm de CO emitidos por la moto eléctrica………77 4.1.3 Análisis y discusión de los datos de ppm de CO y CO2 emitidos en las prepruebas y pospruebas………77 4.2 VARIABLE SOCIAL………..81 4.2.1 Análisis de los datos obtenidos de la intensidad de sonido (dB) emitido por la moto elèctrica……….81 4.4.2 Análisis y discusión de los datos obtenidos de ppm de CO emitidos y de dB emitidos………..82 4.2.3 Análisis y discusión de los datos obtenidos de la “Encuesta para determinar el grado de aceptación del producto final” (Anexo II)………85 4.2.3.1 Con respecto a las tres dimensiones juntas: dimensión social + dimensión ambiental + dimensión económica………85 4.2.3.2 Con respecto a las tres dimensiones por separado:
dimensión social o dimensión ambiental o dimensión económica………..87
xii
4.3 VARIABLE ECONÓMICA………88 4.3.1 Análisis y discusión de los datos obtenidos del costo energético en:
soles/10Km de recorrido………88 4.3.2 Análisis y discusión de los datos obtenidos del costo de mantenimiento………93 4.3.3 Análisis y discusión de la comparación de precios de nuestra moto eléctrica con otras motos eléctricas nuevas que se encuentran en el mercado mundial………95 CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS
xiii
ÍNDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla 1: Lista de precios de motos eléctricas con motor de 3000W y batería de
litio ……….29
Tabla 2: Operacionalización de las variables………38
Tabla 3: Variables de la dimensión ambiental………...39
Tabla 4: Variables de la dimensión social………..40
Tabla 5: Variables de la dimensión económica……….40
Tabla 6: Diseño de la investigación……….42
Tabla 7: Equivalencia entre W (watt), HP (caballo de fuerza) y CV (caballo de vapor) ………43
Tabla 8: Características que debe cumplir nuestro objeto de estudio para un muestreo no probabilístico ………...44
Tabla 9: Datos que serán procesados con el programa informático SPSS- 25………48
Tabla 10: Variable ambiental: prepruebas realizadas e instrumentos utilizados ………..58
Tabla 11: Variable social: prepruebas realizadas e instrumentos utilizados ………….………..………..59
Tabla 12: Variable económica: prepruebas realizadas e instrumentos utilizados ………..60
Tabla 13: Resultado de las pruebas para determinar la autonomía al cargar la batería de 72V-40Ah con energía eléctrica doméstica………...67
Tabla 14: Resultado de las pruebas para determinar la autonomía al cargar la batería de 72V-40Ah con energía solar…………...………...67
Tabla 15: La autonomía usando los dos métodos para cargar la batería de 72V-40Ah.……….………..68
xiv
Tabla 16: Variable ambiental: pospruebas realizadas e instrumentos utilizados.
……….…….…68 Tabla 17: Resultado de las ppm de CO2 y CO emitidos por la moto eléctrica
………..69 Tabla 18: Variable social: pospruebas realizadas e instrumentos utilizados ...69 Tabla 19: Resultado de las ppm CO emitidos por la moto eléctrica….………..70 Tabla 20: Resultado de la evaluación de la intensidad de sonido (dB) emitido
por la moto eléctrica……….……….70 Tabla 21: Resultado de la encuesta: dimensión social + dimensión ambiental +
dimensión económica……….………..71 Tabla 22: Resultado de la encuesta: dimensión social, dimensión ambiental y
dimensión económica………...71 Tabla 23: Variable económica: pospruebas realizadas e instrumentos
utilizados……….71 Tabla 24: Resultados del costo energético al cargar completamente la batería
de 72V-40Ah con energía eléctrica doméstica……….72 Tabla 25: Costo del sistema de alimentación solar de 72V………..73 Tabla 26: Costo energético en soles/10Km de recorrido de la moto eléctrica:
batería cargada con energía eléctrica doméstica VS batería cargada con energía solar…..……….73 Tabla 27: Resultado de la entrevista a mecánicos: Posprueba (O2)…………..74 Tabla 28: Costo de la moto HERO malograda………...74 Tabla 29: Costo de los materiales para la conversión de la moto de combustión interna a eléctrica………..74 Tabla 30: Todos los resultados obtenidos de las prepruebas y pospruebas….75 Tabla 31: Datos de prepruebas/pospruebas de ppm de CO y CO2 emitidos...77
xv
Tabla 32: Datos de prepruebas/pospruebas de ppm de CO emitidos y de los dB emitidos……….82 Tabla 33: Resultado de la encuesta con las tres dimensiones juntas: dimensión social + dimensión ambiental + dimensión económica………...86 Tabla 34: Resultado de la encuesta, con las tres dimensiones por separado:
dimensión social, dimensión ambiental y dimensión económica…..87 Tabla 35: Datos del costo energético en las prepruebas y pospruebas……….89 Tabla 36: Resultados de los costos de mantenimiento………...92 Tabla 37: Uso de la ficha de observación para la comparación de precios con otras motos eléctricas nuevas (Anexo 6)………...95
xvi
ÍNDICE DE FIGURAS
Pág.
Figura 1: Las motos eléctricas más populares: BMW C evolution, KTM E-
Speed y Zero S………...30
Figura 2: Partes fundamentales de un motor eléctrico ………..31
Figura 3: Corte de motor Brushless…….………..32
Figura 4: Motor BLDC clásico y motor BLDC de cubo de rueda ……….32
Figura 5: Disposición del rotor y estator en motores BLDC clásicos ………..33
Figura 6: Disposición del rotor y estator en un motor BLDC de cubo de rueda ………33
Figura 7: Ubicación del controlador, motor BLDC, batería y acelerador en una moto eléctrica ……….34
Figura 8: Controladores de la marca KELLY ………...…...36
Figura 9: Aceleradores de puño ………37
Figura 10: Cargador de 600W de QS MOTOR ……….37
Figura 11: Smart Sensor AS 8700A ………...45
Figura 12: Smart Sensor AR 8200 ………...45
Figura 13: Unit-T UT353 ………...46
Figura 14: Medidor electrónico monofásico de energía activa, Opalux: OP- MD60……….……46
Figura 15: Motor eléctrico BLDC de cubo de rueda de QS MOTOR …...50
Figura 16: Cable RS232 y controlador KELLY KLS7230N ……….50
Figura 17: Imágenes de la motocicleta HERO malograda, que fue encontrada abandonada en un taller de mecánica ………...51
Figura 18: Imagen del tacómetro original de la moto Hero, con los Km recorridos hasta el día en que fue encontrada ……….………52
xvii
Figura 19: Batería de ion-litio 72V-40Ah ………52
Figura 20: Ubicación y dimensiones del espacio que se dispone para la batería de 72V-40Ah ………...53
Figura 21: Acelerador de puño ………53
Figura 22: Paneles solares de 53W ………54
Figura 23: Controlador de carga solar de 20A ………..55
Figura 24: Baterías de gel de 12V-100Ah ………..55
Figura 25: Inversor de 12V DC a 220V AC de 2000W ………56
Figura 26: Cargador de batería de 12V ……….56
Figura 27: Batería gel plomo-ácido 12V-5Ah ………...….57
Figura 28: Cargador de 10A ……….57
Figura 29: Relación electrónica entre la batería de 72V, el controlador, el acelerador y el motor eléctrico BLDC ……….63
Figura 30: La batería 12V-5Ah, las luces y demás dispositivos de 12V………64
Figura 31: Relación electrónica entre los paneles solares de 53W, el controlador, la batería y el inversor ………...65
Figura 32: Imagen que nos muestra la ubicación del motor eléctrico BLDC, controlador KLS, batería de ion litio 72V-40Ah y acelerador de puño ………66
Figura 33: Resultado de la encuesta para determinar el grado de aceptación del producto terminado: dimensión social + dimensión ambiental + dimensión económica ………86
Figura 34: Resultados de la encuesta con las tres dimensiones por separado ………...88
xviii RESUMEN
La investigación tuvo como objetivo determinar el impacto ambiental, social y económico de la conversión de una moto de combustión interna a eléctrica alimentada con energía solar. La investigación fue de tipo aplicada y tecnológica, de nivel preexperimental transversal, basado en un método cualicuantitativo. La investigación se basó en: las prepruebas a la moto de combustión interna antes de la conversión, la conversión o tratamiento, y las pospruebas a la moto eléctrica después de la conversión. Las prepruebas y pospruebas se realizaron con: el Smart Sensor AS8700A, que mide ppm de CO emitidos; el Smart Sensor AR8200, que mide ppm de CO2 emitidos; el Unit-T- UT353, que mide la intensidad de sonido (dB) emitido por los motores; además, se determinó el costo energético y el costo de mantenimiento; los datos obtenidos fueron analizados con el programa informático SPSS-25. Los resultados de la “encuesta para determinar el grado de aceptación del producto final” fueron analizados en tablas y gráficos. Se concluye que el impacto es positivo con respecto a las tres dimensiones; en la dimensión ambiental, las emisiones de CO y CO2 se reducen a 0 ppm; en la dimensión social, las emisiones de CO se reducen a 0 ppm, y la intensidad de sonido emitido por el motor se reduce a 0 dB; en la dimensión económica, el costo de energético se reduce hasta 70%, y el costo de mantenimiento se reduce hasta 65%. En la encuesta, el 100% de los encuestados aceptaron el producto final.
Palabras claves: Impacto, conversión, moto, eléctrica, ambiental.
xix ABSTRACT
The research aimed to determine the environmental, social and economic impact of converting an internal combustion motorcycle to an electric powered with solar energy. The research was of an applied and technological type, of a cross-sectional pre-experimental level, based on a qualitative-quantitative method. The research was based on: the pre-tests of the internal combustion motorcycle before the conversion, conversion or treatment, and the post-tests of the electric motorcycle after the conversión. The pre-tests and post-tests were carried out with: the Smart Sensor AS8700A, which measures ppm of CO emitted; the Smart Sensor AR8200, which measures ppm of CO2 emitted; the Unit-T-UT353, which measures the intensity of sound (dB) emitted by the motors;
In addition, the energy cost and maintenance cost were determined; the data obtained were analyzed with the SPSS-25 computer program. The results of the
"survey to determine the degree of acceptance of the final product" were analyzed in tables and graphs. It is concluded that the impact is positive with respect to the three dimensions; in the environmental dimension, CO and CO2 emissions are reduced to 0 ppm; in the social dimension, CO emissions are reduced to 0 ppm, and the intensity of sound emitted by the engine is reduced to 0 dB; In the economic dimension, the energy cost is reduced up to 70%, and the maintenance cost is reduced up to 65%. In the survey, 100% of the respondents accepted the final product.
Keywords: Impact, conversion, motorcycle, electric, environmental.
20
INTRODUCCIÓN
La contaminación vehicular se ha convertido en un tema de alto interés, y la búsqueda de nuevas formas de movilidad han hecho de las motocicletas un segmento en constante crecimiento (Mena, Bonilla, Bastidas & Cabrera, 2014), estas se han convertido en una forma principal de movilización; pero a pesar de su bajo consumo de combustible no dejan de ser contaminantes (Arteaga, Delgado, Pantoja M., & Pantoja A., 2014), son consideradas una fuente móvil generadora de gases contaminantes (Giraldo & Toro, 2008), pueden generar contaminantes desde: el tanque de gasolina, el cárter, el carburador y el tubo de escape (Toledo, 2016). En el Perú, el número de motocicletas va en aumento (Asociación Automotriz del Perú, 2017); ya para el 2017 se ha estimado en 2,2 millones, y que en cinco años habrá más motos que autos en el territorio nacional (Takeuchi, 2017). Urge entonces adecuar las motocicletas a la nueva tecnología limpia del motor eléctrico. Las motocicletas eléctricas no contaminan el aire ni producen ruido (Torrejón, 2010); y si además funcionan con energía solar, serán doblemente sostenibles con el medio ambiente.
Los vehículos eléctricos se presentan como una solución de movilidad, por tratarse de un medio de transporte limpio, con cero emisiones contaminantes.
Así mismo, reportan un bajo costo de sostenimiento al disminuir la necesidad de mantenimiento y economizar combustible, por lo cual tienen el potencial para ser consideradas como el medio de transporte urbano del futuro (Paye, 2019).
El Ente Regional de la Energía de Castilla y León (España, 2012), realizó un estudio comparativo entre una moto eléctrica y una convencional; teniendo como resultado, que las motos eléctricas producen ahorros económicos considerables y un gran ahorro en emisiones de CO2. Mena et al. (2014), convirtieron una moto de combustión interna en eléctrica, obteniendo un ahorro económico considerable en cuanto al consumo de energía y a los gastos de mantenimiento.
La presente investigación describe las actividades que se realizaron a una moto de combustión interna de la marca Hero Glamour 125, con la finalidad de convertirla en una moto eléctrica alimentada con energía solar. Su población y su muestra tienen como único sujeto de experimentación a la moto Hero; el
21
diseño de la investigación es preexperimental de preprueba/posprueba con un solo grupo; para la recolección de datos se usaron fichas, encuestas, análisis de gases de escape y análisis de la intensidad de sonido emitido por los motores.
Esta investigación tiene como hipótesis: “La conversión de una moto de combustión interna a eléctrica alimentada con energía solar tiene un impacto positivo sobre el medio ambiente, la sociedad y la economía”. Además, tiene como objetivo principal: “Evaluar el impacto ambiental, social y económico de la conversión de una moto de combustión interna a eléctrica alimentada con energía solar”.
22 CAPÌTULO I MARCO TEÓRICO
1.1 ANTECEDENTES O MARCO REFERENCIAL 1.1.1 Antecedentes internacionales
El ERECL (España, 2012); realizó un estudio comparativo, resultando que la sustitución de motos convencionales por eléctricos produce ahorros económicos considerables y un gran ahorro en emisiones de CO2.
Existen investigaciones sobre la conversión de motos de combustión interna a eléctrica, entre ellas: Mena et al. (2014) convirtieron una moto de combustión interna en eléctrica, obteniendo un ahorro económico considerable en cuanto al consumo de energía y en gastos de mantenimiento.Carrasco (2011) convirtió una mini-moto de gasolina en eléctrica, obteniendo que el consumo de energía es 4 veces mayor en la mini-moto a gasolina, lo que supone un ahorro importante al usar la mini-moto eléctrica. Jumbo y Reyes (2012) lograron construir una moto eléctrica sobre el chasis de una motocicleta Yamaha TTR 125. Mena et al. (2014) lograron la conversión de una moto de combustión interna a eléctrica con alimentación de energía solar y con carga de energía eléctrica doméstica. Abata y Moya (2013) lograron el diseño, adaptación y conversión de una motocicleta de 100 c.c. a gasolina en eléctrica. Carrasco (2011) logró la transformación de una mini-moto de gasolina a eléctrica. López I.
y López J. (2014) lograron diseñar y construir una moto eléctrica de competición partiendo de una moto con motor de combustión. Fernández, Coello, Ochoa y Salamea (2016) lograron el diseño e implementación de un prototipo de motocicleta eléctrica, donde usaron material reciclado para el desarrollo de algunas piezas. Brammo es una empresa ubicada en Oregón (EE.UU.) que ha desarrollado una motocicleta eléctrica, llamada Enertia, que está fabricada en parte por materiales reciclados (Torrejón, 2010).
1.1.2 Antecedentes nacionales
En Perú la evolución del vehículo eléctrico es muy escasa, y por tanto es nula la investigación sobre su impacto social, ambiental y económica.
23 1.2 BASES TEÓRICAS Y CONCEPTUALES 1.2.1 Impacto ambiental
El impacto ambiental, también conocido como impacto antrópico o impacto antropogénico, es la alteración o modificación que causa una acción humana sobre el medio ambiente. Debido a que todas las acciones del hombre repercuten de alguna manera sobre el medio ambiente, un impacto ambiental se diferencia de un simple efecto en el medio ambiente mediante una valoración que permita determinar si la acción efectuada es capaz de cambiar la calidad ambiental y así justificar la denominación de impacto ambiental. Se puede entender como impacto ambiental, a la alteración (positiva o negativa) en la calidad del medio ambiente como consecuencia de la ejecución de un proyecto, obra o cualquier otra actividad antropogénica El impacto ambiental del transporte es uno de los más importantes en cuánto a emisiones de CO2 en todo el mundo (Wikipedia, octubre del 2020).
1.2.2 Las motocicletas como principal medio de movilización.
En los últimos años se ha presentado un incremento en la utilización de motocicletas como medio de transporte, esto se debe a razones como: la facilidad de adquisición, bajo costo de mantenimiento, bajo consumo de combustible y a la agilidad en el desplazamiento (Giraldo & Toro, 2008);
sumados al infernal tráfico vehicular han provocado que se incremente su demanda, y están próximas a convertirse en los vehículos más usados del país, ya para el 2017 su número se encontraba en más de dos millones de usuarios (Takeuchi, 2017); siendo un medio de transporte en importante crecimiento (AAP, 2017).
1.2.3 La contaminación producida por las motocicletas convencionales.
Las motocicletas pueden emitir contaminantes desde cuatro sitios. Los contaminantes pueden escapar del depósito de gasolina, del cárter, del carburador y del sistema de escape. El depósito de gasolina y el carburador emiten vapor de gasolina. El cárter de un motor de cuatro tiempos expide mezcla de aire-gasolina parcialmente quemada que es expulsada por los aros del pistón.
Los contaminantes que provienen del sistema de escape son gasolina quemada
24
(HC), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx) y si hay azufre en la gasolina óxido de azufre (SOx) (Toledo, 2016).
1.2.4 La contaminación ambiental
La contaminación ambiental se define como la presencia en el ambiente de cualquier agente (físico, químico o biológico) o bien de una combinación de agentes en lugares, formas y concentraciones nocivas para la salud y el bienestar de la población; y también perjudiciales para la vida vegetal y animal.
(Abatta & Moya, 2013).
1.2.4.1 Los gases contaminantes producidos por los vehículos convencionales. Los gases que resultan de una combustión completa de la gasolina están compuestos principalmente por CO2 (dióxido de carbono), H2O, nitrógeno y otras sustancias volátiles como azufre y plomo; pero por una mala carburación la combustión no es completa así que parte del carbono se quema a medias produciendo monóxido de carbono (CO)e hidrocarburos parcialmente quemados(HC) (Toledo, 2016).
a. El dióxido de carbono (CO2). Es el principal gas de efecto invernadero.
El CO2 que fue secuestrado durante millones de años, como carbón, petróleo y bosques; ahora por la actividad humana esta regresado a la atmósfera de manera rápida, incrementando sustancialmente los niveles de CO2 en la atmósfera provocando el calentamiento global (Caballero, Lozano & Ortega, 2007).
b. El monóxido de carbono (CO). Es un gas altamente tóxico para el ser humano, principal contaminante expulsado por los motores de combustión y principal causante de la contaminación atmosférica de las ciudades con mucho tráfico; ocasiona problemas en la salud y efectos dañinos en el medio ambiente (Toledo, 2016). El CO penetra en el organismo a través de los pulmones, y puede provocar una disminución de la capacidad de transporte de oxígeno de la sangre, con el consecuente detrimento de oxigenación de órganos y tejidos, así como disfunciones cardiacas, daños en el sistema nervioso, dolor de cabeza, mareos y fatiga; estos efectos pueden producirse tanto sobre el ser humano como sobre la fauna silvestre;
25
además, el CO actúa indirectamente como un gas de efecto invernadero (Centro de Investigación Atmosférica de Izaña, 2012).
1.2.4.2 La contaminación sonora producida por los vehículos convencionales. La contaminación sonora es la presencia en el ambiente de niveles de ruido que implique molestia, genere riesgos, perjudique o afecte la salud y al bienestar humano; actualmente, este es uno de los problemas más importantes que pueden afectar a la población, ya que la exposición de las personas a niveles de ruido alto puede producir estrés, presión alta, vértigo, insomnio, dificultades del habla y pérdida de audición; además, afecta particularmente a las capacidades de aprendizaje de los niños; el ruido se mide en decibeles (dB) (Organismo de Evaluación y Fiscalización Ambiental, 2015).
María Egúsquiza, presidenta de la OEFA, señaló que la principal fuente generadora de ruido es el tránsito vehicular (Diario Gestión, 2016). Para el tránsito de vehículos la Organización Mundial de la Salud recomienda limitar la exposición a su ruido a 53 decibeles, puesto que por encima de ese nivel se asocia con efectos adversos para la salud (Agencia EFE, 2018).
1.2.5 Las ventajas del motor eléctrico
Las motocicletas con motor de combustión interna son consideradas una fuente móvil generadora de gases contaminantes, gases como: los hidrocarburos y el monóxido de carbono, que son liberados a la atmósfera (Giraldo & Toro, 2008); siendo necesario eliminar nuestra dependencia de los combustibles fósiles y encaminarnos hacia el uso de energías limpias (Borràs, Carmona, Estrany & Oliver, 2007), pero esto significaría cambiar los motores de combustión interna por los motores eléctricos; motores que se perfilan como claros sustitutos de los motores de combustión interna, debido a que son altamente controlables, tienen rendimiento elevado y no emiten residuos a la atmósfera (Minguela, 2016), características que nos permitirán bajar los niveles de contaminación y a un uso más eficiente de la energía (Arteaga et al., 2014).
1.2.6 Uso de motocicletas eléctricas a nivel mundial
La relación movilidad y medio ambiente ha mejorado en las principales ciudades de Estados Unidos, Europa, Asia y en algunas ciudades de América
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Latina, gracias al uso motocicletas y vehículos eléctricos, cubriendo las necesidades de transitar en ciudades con altos niveles de congestión, a pesar de las limitaciones que tienen técnicamente como su autonomía. Alrededor del 60% de personas de estas ciudades se desplazan aproximadamente 60 km diarios a su lugar de trabajo, en un todo terreno, camioneta o furgoneta, consumiendo una gran cantidad de combustibles fósiles y emanando sustancias contaminantes al medio ambiente. El uso de motocicletas eléctricas es una solución a la congestión de las grandes ciudades; siendo alentador el crecimiento del parque automotor de vehículos eléctricos (Abatta & Moya, 2013).
1.2.7. Las motocicletas eléctricas
Una motocicleta eléctrica es un vehículo con dos ruedas que utiliza un motor eléctrico como medio de propulsión; su energía se almacena a bordo en unas baterías recargables (Minguela, 2016). Estos vehículos de dos ruedas se han convertido en la tipología de vehículo eléctrico más demandado hasta el momento; con autonomías que van desde los 40 hasta los 130 kilómetros, cuya practicidad y agilidad les convierte en el medio de transporte ideal para recorridos urbanos e interurbanos (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía, 2012).
1.2.7.1. Las motocicletas eléctricas: la contaminación del aire y la contaminación sonora. Las motos eléctricas, como vehículos eléctricos que son, no emiten ningún tipo de gases contaminantes durante su funcionamiento;
no sólo en lo que al CO2 se refiere, principal gas causante del calentamiento global, sino también de otros gases y partículas contaminantes nocivas para la salud de los habitantes de las ciudades y para el medio ambiente; además, su motor eléctrico emite muy poco ruido, apenas perceptible (IDAE, 2012).
1.2.7.2 Las ventajas de la motocicleta eléctrica. Los costos de combustible para su motor eléctrico son aproximadamente el 20% del motor a gasolina, son prácticamente silenciosas, no se necesitan viajes a la gasolinera porque se pueden recargar en casa (Abatta & Moya, 2013), no emiten contaminantes, tienen un mantenimiento reducido y económico (Abatta & Moya, 2013)(Valdez, 2008), su motor eléctrico es significativamente más reducido en tamaño y peso
27
(Abatta & Moya, 2013)(Carrasco, 2011); y el par de giro de su motor eléctrico es más elevado y casi constante (Carrasco, 2011) (Valdez, 2008).
1.2.7.3 Las desventajas de la motocicleta eléctrica: El gasto inicial de conversión es alto, tienen menor velocidad máxima (Abatta & Moya, 2013), menor autonomía en comparación a una moto a gasolina (Abatta & Moya, 2013) (Carrasco, 2011); y en la actualidad, aún no se encuentra un lugar público donde poder recargar un vehículo eléctrico (Carrasco, 2011).
1.2.8 Impacto mediambiental de la generación de energía eléctrica para los vehículos eléctricos
En el coste medioambiental de generar la electricidad destinada a mover los vehículos eléctricos, hemos de considerar que buena parte del impacto medioambiental vendrá determinado por la energía primaria utilizada para generar la energía que moverán los vehículos eléctricos; así también se considera el impacto medioambiental que genera transportar y distribuir esta energía hasta el punto de consumo (IDAE, 2012). En las energías primarias existen dos grupos: las energías primarias no renovables (petróleo, carbón, gas y uranio) y las energías primarias renovables (hidráulica, eólica, solar y biomasa);
pero inclinémonos por las energías primarias renovables, hasta ahora la energía solar y la eólica son las más eficientes (Renovables verdes, 2018).
1.2.9 El sol como fuente de energía eléctrica
En la actualidad, la mayoría de los vehículos están destinados a ser utilizados con combustible derivado del petróleo; pero estos vehículos tienen una limitación, la cual implica que, si algún día llega a escasear su combustible, no podrán usarse de ninguna otra forma; para aplacar este inconveniente hoy en día se considera fundamental el uso de energías renovables (Abatta & Moya, 2013).
El petróleo es el mayor generador de la contaminación ambiental al usarlo como fuente de energía (Carreño, Vacca & Lugo, 2012); pero la energía solar es una fuente de energía limpia garantizada para los próximos 6.000 millones de años (Valdez, 2008). El sol, miles de veces más grande que la tierra, es una
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fuente inagotable de energía subutilizada y además gratuita, por lo que resulta absurdo pensar qué hará la humanidad cuando las fuentes agotables de petróleo escaseen (Carreño et al, 2012), esta fuente energética gratuita y limpia puede liberarnos definitivamente de la dependencia del petróleo (Valdez, 2008).
La carga solar de las baterías tiene un mínimo impacto ambiental; usa celdas fotovoltaicas para convertir la energía solar en energía eléctrica, estas celdas pueden estar instaladas en el vehículo o también pueden ser desmontables, dependiendo de las necesidades. En países como Suiza, Alemania, Francia e Italia existe una red de energía solar llamada “Park &
Charge” que utiliza el concepto de estaciones públicas para cargar los vehículos eléctricos (Abatta & Moya, 2013).
1.2.10 El precio de las motos eléctricas de 3000W en Europa y China
Actualmente el precio de adquisición de un vehículo eléctrico es mayor al de un vehículo de combustión interna de idénticas características (IDAE, 2012) (Minguela, 2016); este elevado precio reduce el uso de los vehículos eléctricos (Arteaga et al., 2014); y es uno de los motivos que imposibilita la masificación de la movilidad eléctrica en el Perú (Saldarriaga, 2018) (Diario Perú21, 2018).
La moto eléctrica que se construyó en esta investigación tiene un motor de 3000W, y una batería de litio de 72V-40Ah. La tabla 1 es una lista de motos eléctricas que se venden en Europa y China, con un motor de 3000W y una batería de litio de similar capacidad a la moto eléctrica construida por esta investigación.
Como se puede observar en la tabla 1 el precio de las motos eléctricas, con motor de 3000W, van desde de S/.11784.00 hasta los S/.17388.00.
29 Tabla 1.
Lista de precios de motos eléctricas con motor de 3000W y batería de litio.
MARCA MODELO POTENCIA**
4CV~3000W AUTONOMÍA VELOCIDAD MÁXIMA
PRECIO Euros*
(€)
Dólares*
(US$)
Soles (S/.)
Hodar HD3000-KTM 3000W 110 Km 115 km/h 3560 11784
Toqhi ML+ 4 CV 70 km 60 km/h 3146 11798
Hodar HD3000W-9C 3000W 110 Km 125 Km/h 3590
11883 Booster
Bikes Diamond 4 CV 65 km 80 km/h 3235 12131
Elecsi Spring 4 CV 80 km 60 km/h 3521 13204
Elecsi Sunset 4 CV 80 km 60 km/h 3521 13204
Elecsi Urban 4 CV 80 km 60 km/h 3521 13204
Elecsi Young 4 CV 80 km 60 km/h 3521 13204
HCGWORK
Soco TC 3000W 100 Km 100 Km/h 4522 14968
HCGWORK Yadea M6 3000W 90 Km 85 Km/h 4590 15193
HCGWORK Junyue warrior
sport 3000W 90 Km 120 Km/h 4927 16308
ARABA
ELEKTRO Modelo I 3000W 100 Km 80 Km/h 5048 16709
Peugeot e-Vivacity 300 4 CV 60 km 45 km/h 4599 17246
Torrot Muvi 4 CV 110 km 75 km/h 4637 17388
*Tipo de cambio EUROS: 3.75, Tipo de cambio DÒLARES: 3.31, al 27/feb./2019. ** CV: caballo vapor, unidad de medida usada en Europa; W: watt, unidad de medida usada en China.
Fuente: Datos tomados de Redacción Auto Bild (2019) y AliExpress (2010).
1.3 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS 1.3.1 Marco legal
Ley Nº 27345, que declara de interés nacional la promoción del uso eficiente de la energía para asegurar el suministro de energía, proteger al consumidor, fomentar la competitividad de la economía nacional, reducir el
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impacto negativo del uso y consumo de los energéticos (Ministerio de Energía y Minas, 08 de setiembre de 2000). La Resolución Ministerial Nº 250-2019- MINEM/DM emite algunas disposiciones para facilitar el desarrollo del mercado de vehículos eléctricos e híbridos y su infraestructura de abastecimiento (MINEM, 28 de agosto de 2019).
1.3.2 Motocicletas eléctricas
Las motocicletas eléctricas se han ido desarrollando a partir del año 1900 aproximadamente, su evolución ha sido bastante rápida en los últimos años;
debido a los avances tecnológicos; pero tiene un limitante como todos los vehículos eléctricos, que es la autonomía, debido a las baterías, ya que se dispone aún de baterías de baja densidad energética. Entre las motocicletas eléctricas más populares tenemos a KTM, BMW y ZERO, quienes han invertidos millones de dólares en desarrollar nueva tecnología, y nuevas baterías con una gran densidad energética (Abatta & Moya, 2013).
Figura 1. Las motos eléctricas más populares: BMW C evolution, KTM E-Speed y Zero S.
Fuente: Abatta & Moya (2013).
1.3.3 El motor eléctrico
El motor eléctrico es el que se encarga de transformar la energía eléctrica almacenada en las baterías, en energía de tracción (Carreño et al., 2012);
transforman la energía eléctrica en mecánica mediante campos
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electromagnéticos (Abatta & Moya, 2013) (Jumbo & Reyes, 2012). El motor es la parte central de las motocicletas eléctricas, existen una gran variedad de motores de diferentes potencias y tamaños, tienen una eficiencia entre el 85 al 90%, algunos son reversibles y pueden transformar la energía mecánica en eléctrica funcionando como generadores (Abatta & Moya, 2013). El motor eléctrico puede estar ubicado en diferentes partes del vehículo, existe la posibilidad de colocar motores independientes en cada rueda (Minguela, 2016).
Sus ventajas son muchas frente a un motor de combustión, pero todavía no se usan mayoritariamente en toda clase de vehículos por su problema de almacenamiento de energía en las baterías (Carrasco, 2011).
Figura 2. Partes fundamentales de un motor eléctrico.
Fuente: Rega (2011) yElectric Race Technologies (2016).
1.3.3.1 Característicasde los motores eléctricos. Contaminación nula porque no generan gases de escape, sistema mecánico simple, torque constante, alta eficiencia, ruido nulo, no necesitan mantenimiento, su costo de operación es bajo,poco peso y tienen alta potencia a pesar de su pequeño tamaño (Abatta &
Moya, 2013).
1.3.4 Motor eléctrico de brushless (o motor eléctrico BLDC)
Existen varios tipos de motores eléctricos, pero solo describiremos al motor eléctrico de Brushless (BLDC) por ser de interés para esta investigación.
El motor brushless (BLDC) se clasifica como un motor eléctrico sincrónico de imanes permanentes sin escobillas; al no usar escobillas estos motores han podido mejorar su rendimiento, ya que las escobillas daban perdidas por fricción y generaban ruido. Estos motores BLDC disponen de una gran densidad de
32
potencia, así como un elevado rendimiento, requieren de poco mantenimiento (Aguilar, 2014) (Jumbo & Reyes, 2012), y tiene relación par motor-tamaño mucho mayor, lo que implica que se pueda utilizar en espacios reducidos, como es el caso de una motocicleta (Jumbo & Reyes, 2012).
Figura 3. Corte de motor Brushless.
Fuente: Carrasco (2011).
En la actualidad podemos encontrar dos tipos motores BLDC para el uso en motocicletas: el motor BLDC clásico y el motor BLDC de cubo de rueda. El motor de cubo de rueda, también llamado motor de rueda o motor en rueda, es un motor eléctrico que se incorpora en el eje de la rueda y lo propulsa directamente (Wikipedia, abril 2018).
Figura 4. Motor BLDC clásico y motor BLDC de cubo de rueda.
Fuente: YALU (2016) y QSMOTOR (2014).
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Los motores BLDC clásicos tienen el estator pegada a la carcasa y el rotor en el centro; y en los motores BLDC de cubo de rueda sucede lo contario, el rotor está pegado a la carcasa y el estator en el centro.
Figura 5. Disposición del rotor y estator en motores BLDC clásicos.
Fuente: Renesas (2010).
Figura 6. Disposición del rotor y estator en un motor BLDC de cubo de rueda.
Fuente: Electric Race Technologies (2016).
1.3.5 La energía solar
El interés general por la energía solar se ha acrecentado en los últimos años, se trata de la más atractiva de las fuentes energéticas alternativas del futuro, no solo por ser limpia y gratuita, sino también por su abundancia y su carácter inagotable. La energía del Sol se convierte directamente en electricidad por las celdas solares, esta electricidad es almacenada en baterías (Carreño et al., 2012).
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1.3.5.1 Los paneles solares: Captadores de la energía del sol. Los paneles solares constan de cientos de células fotovoltaicas que convierten la luz solar en electricidad; en una célula fotovoltaica, la luz excita electrones entre capas de semiconductores y produce corrientes eléctricas (Valdez, 2008).
1.3.6 Elementos importantes en una moto eléctrica
Además del motor eléctrico también existen otros elementos de suma importancia para el funcionamiento de la moto eléctrica:
1. La batería.
2. El controlador del motor eléctrico.
3. El acelerador de puño.
4. El cargador.
Figura 7. Ubicación del controlador, motor BLDC, batería y acelerador en una moto eléctrica.
Fuente: Elaboración propia.
1.3.6.1 La batería. Uno de los componentes fundamentales de la motocicleta eléctrica son las baterías, ya que estas proveen de energía a todo el sistema. La batería es un dispositivo electroquímico que transforma energía química en energía eléctrica y viceversa. En las motocicletas eléctricas la batería sustituye al tanque de combustible, y tienen como objetivo almacenar la mayor cantidad de energía en espacios reducidos (Abatta & Moya, 2013); además, aportan aproximadamente el 50% de la masa total de la motocicleta, y definen la utilización de los espacios y distribución de los subsistemas (Castro, 2014). Las
35
características más importantes de las baterías son: el voltaje nominal, la capacidad de carga/descarga, la potencia, la energía almacenada, la energía específica, la tasa de auto descarga, la eficiencia, la temperatura de operación y la vida útil (Mayo, 2011).
1.3.6.1.1 La batería de litio fosfato hierro (LiFePO4). Se van a especificar las características, así como sus ventajas e inconvenientes de las baterías de ion-litio LiFePO4 porque estas reúnen las especificaciones que se requieren para esta investigación. Las baterías de litio-fosfato de hierro, son actualmente las más prometedoras debido a su bajo peso, alta densidad de energía (Castro, 2014), mejor rendimiento y pequeño tamaño en comparación con la tecnología de la batería convencional (Fernández et al., 2016).
a). Ventajas de la batería de ion-litio LiFePO4:
Una elevada densidad de energía: Acumulan mucha mayor carga por unidad de peso y volumen (Minguela, 2016) (Mayo, 2011).
Poco peso: A igualdad de carga almacenada, son menos pesadas y ocupan menos volumen (Minguela, 2016)(Mayo, 2011).
Gran capacidad de descarga: las baterías de ion-Litio se pueden descargar totalmente en menos de dos minutos (Mayo, 2011).
Alto voltaje por célula: Cada batería proporciona 3,7 voltios.
Carecen de efecto memoria (Mayo, 2011) (Castro, 2014).
Vida útil o ciclo de vida: Tienen un ciclo de vida útil más larga (Jumbo &
Reyes, 2012).
Baja tasa de auto-descarga: Cuando guardamos una batería, ésta se descarga progresivamente, menos de 6% en un mes (Mayo, 2011).
Tienen un buen rendimiento a altas temperaturas (Jumbo & Reyes, 2012).
Son más seguras y respetuosas con el medio ambiente (Jumbo & Reyes, 2012).
Tienen velocidad forzada de carga: Permite carga rápida hasta un 95% en poco tiempo (Jumbo & Reyes, 2012).
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b). Inconvenientes de la batería de ion-litio LiFePO4:
Son costosas (Mayo, 2011).
Pueden sobrecalentarse hasta el punto de explotar: Están fabricadas con materiales inflamables que las hace propensas a detonaciones o incendios (Castro, 2014) (Mayo, 2011).
Peor capacidad de trabajo en frío: Ofrecen un rendimiento inferior a bajas temperaturas (Mayo, 2011).
1.3.6.2 Controlador del motor eléctrico. El controlador es un componente importante en la motocicleta eléctrica, conjuntamente con el motor y las baterías (Abatta & Moya, 2013). El controlador recoge la energía almacenada en las baterías, y la entrega al motor para el funcionamiento del vehículo (Torrejón, 2010); además, regula la potencia suministrada al motor, regula la velocidad del vehículo, y regula el movimiento hacia adelante o hacia atrás (Castro, 2014).
Figura 8. Controladores de la marca KELLY.
Fuente: QSMOTOR (2014).
1.3.6.3 Acelerador de puño. Es un acelerador de empuñadora con el cual se gobernará el accionamiento del motor eléctrico; el acelerador envía una señal que regula el suministro de energía al motor eléctrico (Minguela, 2016); para su funcionamiento requiere de alimentación de 5V y masa; y devuelve como señal una onda de amplitud variable (0.9 – 4.8V) hacia el controlador, este último materializa los deseos del conductor de 0 a 100% de aceleración (Mayo, 2011).
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Figura 9. Aceleradores de puño.
Fuente: QSMOTOR (2014).
1.3.6.4 Cargadores. Generalmente los vehículos incorporan un cargador que junto a un cable estándar permiten realizar la carga en prácticamente cualquier enchufe. El cargador en una motocicleta eléctrica puede ir montado en ella o puede dejarse por fuera dependiendo de distintos factores (Castro, 2014).
Figura 10. Cargador de 600W de QS MOTOR.
Fuente: QSMOTOR (2014).
1.4 HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN
Los vehículos eléctricos contribuyen a la conservación del medio ambiente y no afectan la salud de las personas porque no emiten gases contaminantes ni ruido (IDAE, 2012) (Arteaga et al., 2014) (Torrejón, 2010);
además contribuyen a la economía de quienes las usan. (Valdecasas, 2008).
1.4.1 Hipótesis
“La conversión de una moto de combustión interna a eléctrica alimentada con energía solar tiene un impacto positivo sobre el medio ambiente, la sociedad y la economía”.
38
1.5 OPERACIONALIZACIÒN DE LAS VARIABLES
Tabla 2.
Operacionalizaciòn de las variables.
Dimensión Variables
Instrumento Escala valorativa Prepruebas Pospruebas
Ambiental
Determinar las ppm de CO emitidos por la moto de combustión interna.
Determinar las ppm de CO emitidos por la moto eléctrica.
Equipo para medir ppm de CO en gases de escape (Smart
Sensor AS 8700A).
Comparar las medias de los dos grupos de datos obtenidos (ppm de CO) y determinar si la diferencia es significativa o no.
Determinar las ppm de CO2 emitidos por la moto de combustión interna.
Determinar las ppm de CO2 emitidos por la moto eléctrica.
Equipo para medir ppm de CO2 en gases de escape (Smart Sensor AR 8200).
Comparar las medias de los dos grupos de datos obtenidos (ppm de CO2) y determinar si la diferencia es significativa o no.
Social
Determinar las ppm de CO emitidos por la moto de combustión interna.
Determinar las ppm de CO emitidos por la moto eléctrica.
Equipo para medir ppm de CO en gases de escape (Smart
Sensor AS 8700A).
Comparar las medias de los dos grupos de datos obtenidos (ppm de CO) y determinar si la diferencia es significativa o no.
Determinar la intensidad de sonido (dB) emitido por la moto de combustión interna.
Determinar la intensidad de sonido (dB) emitido por la moto eléctrica.
Equipo para medir la intensidad de sonido(dB)
emitido (Unit-T UT353).
Comparar las medias de los dos grupos de datos obtenidos (dB) y determinar si la diferencia es significativa o no.
Encuesta para determinar el grado de aceptación del producto terminado.
Cuestionario de entrevista:
Encuesta para determinar el grado de aceptación del
producto terminado
Rechazo contundente.
Rechazado.
Aceptado.
Aceptación contundente
Económica
Determinar el costo energético en soles/10Km de recorrido de la moto de combustión interna.
Determinar el costo energético en soles/10Km de recorrido de la moto eléctrica.
Ficha de observación:
Ficha de observación para determinar el costo energético en soles/10km de recorrido.
Comparar las medias de los dos grupos de datos obtenidos (soles/Km) y determinar si la diferencia es significativa o no.
Determinar el costo del mantenimiento de la moto de combustión interna en sus 53279 Km recorridos.
Determinar el costo de mantenimiento de la moto eléctrica en los supuestos 53279 Km recorridos.
Cuestionario de entrevista:
Encuesta a mecánicos sobre el costo total del mantenimiento en 53279 km
de recorrido.
Comparar las medias de los dos grupos de datos obtenidos (soles/53279 Km de recorrido) y determinar si la diferencia es significativa o no.
Determinar el costo final de nuestra moto eléctrica de 3000W con batería de litio de 40Ah.
Ficha de observación: Ficha de observación para la comparación de precios con
otras motos eléctricas.
Comparar el costo final de nuestra moto eléctrica con el precio de otras motos eléctricas con las mismas características.
Fuente: Elaboración propia.
39 1.5.1 Definición de las variables.
1.5.1.1 Variable: dimensión ambiental. Las motos convencionales emiten CO y CO2 que son perjudiciales para el medio ambiente (Toledo, 2016); muy al contrario, las motos eléctricas que no emiten ningún tipo de gases contaminantes durante su funcionamiento (IDAE, 2012). Las mediciones de CO y CO2 nos permitirán saber cuan sostenible con el medio ambiente es la conversión de la moto combustión interna en eléctrica.
Tabla 3.
Variables de la dimensión ambiental.
VARIABLES TRATAMIENTO (X)
(G): moto de combustión interna de la marca Hero.
VARIABLES
PREPRUEBAS (01) POSPRUEBAS (02)
ppm de CO emitidos por la moto de combustión interna.
CONVERSIÓN DE LA MOTO DE COMBUSTIÓN INTERNA A ELÉCTRICA ALIMENTADA CON ENERGÍA SOLAR.
ppm de CO emitidos por la moto eléctrica.
ppm de CO2 emitidos por la moto de combustión interna.
ppm de CO2 emitidos por la moto eléctrica.
Fuente: Elaboración propia.
1.5.1.2 Variable: dimensión social. Las motos convencionales emiten CO y producen contaminación sonora, los cuales son nocivos para la salud y el bienestar de la población; muy al contrario, las motos eléctricas no generan contaminación sonora ni emiten CO(IDAE, 2012). Las mediciones de CO y de los dB emitidos nos permitirán saber cuan beneficioso es para la salud y bienestar de la población la conversión de la moto combustión interna en eléctrica.
40 Tabla 4.
Variables de la dimensión social.
VARIABLES TRATAMIENTO (X)
(G): moto de combustión interna de la marca Hero.
VARIABLES
PREPRUEBAS (01) POSPRUEBAS (02)
ppm de CO emitidos por la
moto combustión interna. CONVERSIÓN DE LA MOTO DE COMBUSTIÓN INTERNA A ELÉCTRICA ALIMENTADA
CON ENERGÍA SOLAR.
ppm de CO emitidos por la moto eléctrica.
Intensidad de sonido (dB) emitido por la moto de combustión interna.
Intensidad de sonido (dB) emitido por la moto eléctrica.
Fuente: Elaboración propia.
1.5.1.3 Variable: dimensión económica. Los motores de las motos a gasolina tienen una eficiencia de 25 a 30%(Abatta & Moya, 2013); además, requieren de mayor mantenimiento por poseer muchas partes móviles, necesitan aceite, filtros, cadena de leva, etc. Los motores eléctricos tienen una eficiencia de 85 a 90%, no necesitan mantenimiento y su costo de operación es bajo (Abatta &
Moya, 2013); debido a esto, las motos eléctricas solo necesitan de un mantenimiento reducido y económico (Piccardo & Prieto, 2012). La determinación del costo energético y del costo de mantenimiento nos permitirá saber cuan beneficioso es económicamente la conversión de la moto combustión interna en eléctrica.
Tabla 5.
Variables de la dimensión económica.
VARIABLES TRATAMIENTO (X)
(G): moto de combustión interna de la marca Hero.
VARIABLES
PREPRUEBAS (01) POSPRUEBAS (02)
Costo energético en soles/10 Km de recorrido de la moto de combustión interna.
CONVERSIÓN DE LA MOTO DE COMBUSTIÓN INTERNA A ELÉCTRICA ALIMENTADA
CON ENERGÍA SOLAR.
Costo de energético en soles/10 Km de recorrido de la moto eléctrica.
Costo del mantenimiento de la moto de combustión interna en sus 53279 Km recorridos.
Costo del mantenimiento de la moto eléctrica en los supuestos 53279 Km recorridos.
Fuente: Elaboración propia.
41 CAPÌTULO II
DISEÑO METODOLÓGICO
2.1 TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACIÓN
2.1.1 Tipo de investigación. El tipo de investigación es tecnológica, porque se basa en la aplicación de nuevas tecnologías.
2.1.2 Nivel de investigación. Corresponde al nivel preexperimental transversal.
2.2 MÉTODO DE INVESTIGACIÓN
Esta investigación se basa en un método cualicuantitativo, porque para la recolección se utilizaron técnicas como: la observación, entrevistas, revisión de documentos, medición numérica y análisis estadístico; es decir, esta investigación se soporta en datos objetivos y subjetivos (Sampieri, Fernández &
Baptista, 2014).
2.3 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
El diseño de esta investigación es preexperimental de preprueba/posprueba con un solo grupo. El diseño se diagrama así: G 01 X 02
(G=Sujeto de experimentación, X=Tratamiento, 0=Una medición o prueba al sujeto). A nuestro sujeto de experimentación (G) se le aplicó pruebas (01) previo al tratamiento experimental, luego se administra el tratamiento (X) y finalmente, se aplica pruebas posterior al tratamiento (02) (Sampieri et al., 2014).
El diseño de la investigación se muestra en la tabla 6.
