UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA

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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA

SEDE CUENCA

CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA AUTOMOTRIZ

Trabajo de titulación previo a la obtención del título de Ingeniero Mecánico Automotriz

PROYECTO TÉCNICO:

“DETERMINACIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA DE VEHÍCULOS MOTORIZADOS CICLO OTTO PERTENECIENTES A LA SUBCATEGORÍA

M1, PARA EL SERVICIO DE TAXI EN LA CIUDAD DE CUENCA”

AUTORES:

JARA SALDAÑA WILLIAM XAVIER PINEDA PUNÍN JEAN CARLOS

TUTOR:

ING. RAFAEL WILMER CONTRERAS URGILES, M.Sc.

Cuenca - Ecuador 2019

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I

CESIÓN DE DERECHOS DE AUTOR

Nosotros, William Xavier Jara Saldaña con documento de identificación Nº 0302092671 y Jean Carlos Pineda Punín con documento de identificación Nº 0705268258, manifestamos nuestra voluntad y cedemos a la Universidad Politécnica Salesiana la titularidad sobre los derechos patrimoniales en virtud de que somos autores del trabajo de titulación:

“DETERMINACIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA DE VEHÍCULOS MOTORIZADOS CICLO OTTO PERTENECIENTES A LA SUBCATEGORÍA M1, PARA EL SERVICIO DE TAXI EN LA CIUDAD DE CUENCA”, mismo que ha sido desarrollado para optar por el título de: Ingeniero Mecánico Automotriz en la Universidad Politécnica Salesiana, quedando la universidad facultada para ejercer plenamente los derechos cedidos anteriormente.

En aplicación a lo determinado en la Ley de Propiedad Intelectual, en nuestra condición de autores nos reservamos los derechos morales de la obra antes citada. En concordancia, suscribimos este documento en el momento que hacemos la entrega del trabajo final en formato impreso y digital a la Biblioteca de la Universidad Politécnica Salesiana.

Cuenca, julio del 2019

……….. ……….

William Xavier Jara Saldaña Jean Carlos Pineda Punín C.I.: 0302092671 C.I.: 0705268258

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II

CERTIFICACIÓN

Yo, declaro que bajo mi tutoría fue desarrollado el trabajo de titulación:

“DETERMINACIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA DE VEHÍCULOS MOTORIZADOS CICLO OTTO PERTENECIENTES A LA SUBCATEGORÍA M1, PARA EL SERVICIO DE TAXI EN LA CIUDAD DE CUENCA”, realizado por William Xavier Jara Saldaña y Jean Carlos Pineda Punín, obteniendo el Proyecto Técnico que cumple con todos los requisitos estipulados por la Universidad Politécnica Salesiana.

Ing. Rafael Wilmer Contreras Urgiles, M.Sc.

C.I.: 0104463328

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III

DECLARATORIA DE RESPONSABILIDAD

Nosotros, William Xavier Jara Saldaña con documento de identificación Nº 0302092671 y Jean Carlos Pineda Punín con documento de identificación Nº 0705268258, autores del trabajo de titulación: “DETERMINACIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA DE VEHÍCULOS MOTORIZADOS CICLO OTTO PERTENECIENTES A LA SUBCATEGORÍA M1, PARA EL SERVICIO DE TAXI EN LA CIUDAD DE CUENCA”, certificamos que el total contenido del Proyecto Técnico es de nuestra exclusiva responsabilidad y autoría.

……….. ……….

William Xavier Jara Saldaña Jean Carlos Pineda Punín C.I.: 0302092671 C.I.: 0705268258

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IV

AGRADECIMIENTO

Primeramente, mi agradecimiento fundamental a Dios, quien es una parte esencial en mi vida. A mis padres, Manuel Jara y María Saldaña por brindarme en todo momento su apoyo y confianza de una manera incondicional para no rendirme en el transcurso de mi formación personal y académica.

A mis hermanas y cuñados, por su apoyo en todo momento durante mi carrera universitaria.

A todos mis familiares que han sabido aconsejarme a lo largo de mi carrera.

A mi novia Grace por todo su cariño, apoyo y paciencia.

Al Ing. Wilmer Contreras por su apoyo para el desarrollo de este proyecto de titulación.

William Xavier Jara

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V

AGRADECIMIENTO

En primer lugar, agradezco a Dios por estar siempre a mi lado a lo largo de mi vida, y en especial en este camino lleno de luchas constantes que ha sido la carrera Universitaria, también por brindarme salud y fuerzas cuando las mías parecían haberse terminado.

A mi madre Blanca Punín, por siempre creer en mí y apoyarme incondicionalmente para alcanzar este título profesional, asimismo por repetir en cada momento que se siente orgullosa de mí, yo también siento orgullo de ser su hijo.

A mi tía Isabel Zavala, que en realidad ha cumplido el papel de madre en mi vida, por su apoyo y contribución a mi bienestar; sin dudas cada logro académico que he logrado ha sido producto de su ejemplo, por enseñarme el amor y la importancia de la preparación y el conocimiento, la admiro infinitamente y espero algún día lograr el reconocimiento profesional que posee.

A todos los miembros de mi familia, por su apoyo y ánimo, cada uno ha contribuido de una manera especial y única para el desarrollo de mi formación profesional.

Al Ing. Wilmer Contreras MSc., docente tutor, por su apoyo en el desarrollo de esta investigación con sus valiosos consejos basados en los profundos conocimientos que posee, por su motivación al demostrar confianza en mis capacidades para la elaboración de otros trabajos investigativos, y mi admiración hacia el por la calidad de ser humano y profesional que es.

A todos mis amigos, con los cuales he compartido momentos maravillosos en esta

etapa, por su apoyo, consejos y afecto.

Jean Carlos Pineda Punín

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VI

DEDICATORIA

El presente proyecto de titulación lo dedico de manera especial a mis padres, Manuel Jara y María Saldaña, quienes con su sacrificio día a día han logrado hacer de mí una persona íntegra.

A todos mis familiares por brindarme su gran apoyo moral en el transcurso de mi formación académica.

William Xavier Jara

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VII

DEDICATORIA

Este proyecto de titulación lo dedico a mi madre, Blanca Punín, y a mi tía Isabel Zavala; quienes me han brindado su apoyo incondicional desde el primer día de universidad hasta los últimos días de culminación de este trabajo de investigación.

Ellas han hecho posible el cumplimiento de esta etapa de formación profesional en mi vida.

Jean Carlos Pineda Punín

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VIII

RESUMEN

En esta investigación se presenta el procedimiento aplicado para determinar la demanda de energía y los valores mínimos de los parámetros indicativos que debe poseer el motor de un vehículo de subcategoría M1 destinado a prestar el servicio de taxi dentro de la red vial de la ciudad de Cuenca.

En primer lugar, la selección de seis rutas de estudio, se basa en tres criterios, de los cuales la altimetría ascendente de la vía es el de mayor trascendencia, debido a que incluye a las pendientes positivas que representan la exigencia geográfica inalterable de la ciudad.

Posteriormente, para la ejecución del muestreo se ha seleccionado el vehículo Chevrolet Aveo Activo 1.6, ya que pertenece al cilindraje de mayor población para taxi circulante en la urbe actualmente. La instrumentación incluye a equipos, tales como: GPS Garmin 64, Freematics One+, Analizador de Gases Brain Bee AGS-688 y un tanque de combustible portátil, los cuales han sido escogidos según una segregación previa de los parámetros influyentes en el cálculo de la demanda de energía y los parámetros indicativos del motor, para ello se ha revisado la teoría de la dinámica de vehículos. En consecuencia, es necesario establecer un protocolo de adquisición de datos para el tratamiento de las variables registradas. Luego, con la utilización del software LabVIEW 19.0 se diseña un algoritmo, con la finalidad de crear una interfaz interactiva que permita la comprensión visual de la correlación entre los resultados obtenidos y las variables trascendentales como: pendiente, velocidad del vehículo, altimetría, entre otras. A la vez, que se determinan los factores de emisión en base a la cantidad de gases contaminantes generados en las rutas evaluadas, con el fin de establecer el pronóstico de los mismos para las distintas cilindradas presentes en la homologación vehicular que registra la vigencia para taxi.

Finalmente, se indica la magnitud de las prestaciones del motor para taxi, vinculadas al criterio de eficiencia entre la energía conferida para cumplir las trayectorias y la contaminación emitida.

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IX

Palabras Clave: Demanda energética-automóvil, perfil de elevación, emisiones contaminantes de vehículos, prestaciones MCI gasolina, dinámica del automóvil, factores de emisiones contaminantes.

ABSTRACT

This research presents the procedure applied to determine the energy demand and the minimum values of the indicative parameters that the engine of a subcategory M1 vehicle must have in order to provide the taxi service within the road network of the city of Cuenca.

In the first place, the selection of six study routes is based on three criteria, of which the ascending altimetry of the road is the one of greater importance, because it includes the positive slopes that represent the inalterable geographical demand of the city. Subsequently, for the execution of the sampling, the Chevrolet Aveo Active 1.6 vehicle was selected, since it belongs to the largest population of the current circulating taxi in the city. The instrumentation includes equipment, such as: GPS Garmin 64, Freematics One +, Brain Bee Gas Analyzer AGS-688 and a portable fuel tank, which have been chosen according to a previous segregation of the influential parameters in the calculation of demand of energy and the indicative parameters of the engine, for this the theory of vehicle dynamics has been revised.

Consequently, it is necessary to establish a data acquisition protocol for the treatment of the registered variables. Then, with the use of LabVIEW 19.0 software, an algorithm is designed, in order to create an interactive interface that allows the visual understanding of the correlation between the results obtained and the transcendental variables such as: slope, vehicle speed, altimetry, among others. At the same time, the emission factors are determined based on the amount of polluting gases generated in the evaluated routes, in order to establish the forecast of the same for the different displacements present in the vehicle homologation that records the validity for taxi.

Finally, the magnitude of the engine performance for taxi is indicated, linked to the criterion of efficiency between the energy conferred to comply with the trajectories and the pollution emitted.

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X

Keywords: Energy-automobile demand, elevation profile, pollutant emissions of vehicles, MCI gasoline performance, car dynamics, pollutant emission factors.

INDICE DE CONTENIDOS

1. INTRODUCCIÓN ... 1

2. PROBLEMA ... 1

2.1. Importancia y Alcance ... 2

2.2. Delimitación ... 3

3. OBJETIVOS ... 3

3.1. Objetivo General ... 3

3.2. Objetivos Específicos ... 3

4. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Y FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ... 4

4.1. Estado del arte de la Demanda Energética en vehículos automotores y emisiones contaminantes ... 4

4.2. Estimación de la Demanda Energética en vehículos ... 6

4.2.1. Dinámica de vehículos... 6

4.3. Emanación de gases contaminantes de un Motor de Combustión Interna ... 7

4.3.1. Factores de emisión de gases contaminantes ... 8

4.3.2. Emisión de gases contaminantes en la ciudad de Cuenca ... 9

4.4. Clasificación Vehicular ... 12

4.4.1. Categoría M ... 12

4.4.2. Taxi ... 13

4.4.3. Especificaciones técnicas de vehículos de transporte destinados al servicio de taxi pertenecientes a la subcategoría M1 ... 13

4.5. Motor de combustión interna (MCI)... 17

4.6. Tren motriz ... 17

4.7. Parámetros representativos del motor ... 17

4.8. Curvas características ... 19

5. MARCO METODOLÓGICO ... 21

5.1. Análisis y elección del modelo de taxi representativo del cantón Cuenca ... 21

5.1.1. Vehículos más vendidos en Ecuador ... 23

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XI

5.2. Identificación de los parámetros influyentes en la demanda energética ... 24

5.3. Parámetros del vehículo ... 25

5.3.1. Área frontal del vehículo ... 25

5.3.2. Coeficiente de arrastre ... 26

5.3.3. Coeficiente de resistencia a la rodadura ... 26

5.3.4. Masa del vehículo ... 27

5.3.5. Radio dinámico ... 27

5.4. Parámetros ambientales ... 28

5.4.1. Densidad del aire ... 28

5.4.2. Gravedad ... 29

5.5. Parámetros de operación ... 29

5.5.1. Criterios para la selección de rutas ... 35

5.5.2. Perfiles de altitud de rutas ... 38

5.5.3. Protocolo para la obtención de la demanda energética y emisiones contaminantes ... 52

5.5.4. Lectura y visualización de datos ... 54

5.6. Obtención de la demanda energética y su pronóstico ambiental de emisiones contaminantes mediante software de ingeniería ... 57

5.6.1. Ajuste de vectores para la simetría de la matriz general de datos ... 57

5.6.2. Desarrollo del algoritmo para la determinación de energía en rueda y motor ... 62

5.6.3. Desarrollo del algoritmo para la determinación de factores de emisión ... 70

6. ANÁLISIS DE RESULTADOS ... 73

6.1. Comparación de los resultados teóricos y experimentales ... 73

6.1.1. Estimación teórica de la demanda energética ... 73

6.1.2. Resultados experimentales de la demanda energética ... 84

6.1.3. Comparación de los resultados teóricos y experimentales ... 85

6.1.4. Evaluación de las cilindradas presentes en el mercado ... 90

6.1.5. Estimación de factores de emisión ... 97

6.1.6. Pronóstico ambiental ... 100

7. CONCLUSIONES ... 105

8. RECOMENDACIONES ... 106

9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 107

ANEXOS ... 111

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XII

Anexo A. Listado de vehículos homologados para el servicio de taxi correspondiente al año 2019.

Anexo B. Compendio de relaciones de transmisión de los vehículos más vendidos a nivel nacional. ... 112 Anexo C. Compendio de las características técnicas de vehículos más vendidos dentro de la homologación vigente para taxi. ... 117 Anexo D. Gráficas de fuerza, potencia, torque y energía en rueda de las rutas muestreadas. ..

... 119 Anexo E. Comportamiento en ruta de las prestaciones requeridas del motor mediante LabVIEW. ... 121 Anexo F. Excedentes de prestaciones del motor requerido en ruta mediante Matlab. ... 127

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XIII

INDICE DE FIGURAS

Figura 1: Fuerzas y resistencias que afectan al vehículo en su desplazamiento... 6

Figura 2: Conformación del parque automotor a gasolina en la ciudad de Cuenca. ... 10

Figura 3: Emisiones contaminantes de taxis en los años 2011 - 2014 en t/año. ... 12

Figura 4: Clasificación Vehicular Subcategoría M1. ... 13

Figura 5: Curva de par – régimen de giro. ... 20

Figura 6: Curva de potencia - régimen de giro. ... 20

Figura 7: Cantidad de vehículos por marca. ... 22

Figura 8: Distribución por cilindrada de taxis en la ciudad de Cuenca. ... 22

Figura 9: Área frontal de un vehículo automóvil. ... 26

Figura 10: Nomenclatura de un neumático... 27

Figura 11: Vehículo Chevrolet Aveo 1.6. ... 29

Figura 12: Equipo GPS Garmin 64. ... 30

Figura 13: Dispositivo para la adquisición de datos Freematics one +. ... 31

Figura 14: Analizador de gases. ... 32

Figura 15: Medidor de revoluciones. ... 33

Figura 16: Tanque de combustible portátil. ... 34

Figura 17: Balanza digital. ... 35

Figura 18: Mapa topográfico de la ciudad de Cuenca. ... 36

Figura 19: Distribución geográfica de la demanda de movilidad. ... 37

Figura 20: Trayecto de la ruta 1... 40

Figura 21: Altimetría de la ruta 1. ... 40

Figura 23: Perfil de elevación ruta 2. ... 42

Figura 24: Trayectoria de la ruta 3. ... 44

Figura 25: Perfil altimétrico ruta 3. ... 44

Figura 27: Perfil altimétrico ruta 5. ... 46

Figura 28: Recorrido de la ruta 5. ... 48

Figura 30: Recorrido de la ruta 6. ... 50

Figura 32: Diagrama general para la obtención de la demanda energética. ... 52

Figura 33: Diagrama de flujo para la instrumentación de la unidad experimental... 52

Figura 34: Procedimiento para el registro y adquisición de datos. ... 53

Figura 35: Protocolo para el cálculo de la demanda energética y factores de emisión. ... 54

Figura 36: Selección de la opción de conversión a archivo .txt. ... 55

Figura 37: Importación del archivo gpx. ... 55

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XIV

Figura 38: Conjunto de datos de prueba en ruta, Excel. ... 56

Figura 39: Conjunto de datos proporcionado por Freematics One+. ... 56

Figura 40: Conjunto de datos proporcionado por el analizador de gases. ... 57

Figura 41: Diagrama de bloque de la función Align and Resample. ... 59

Figura 42: Panel de configuración Align and Resample. ... 60

Figura 43. Ajuste de vectores para conseguir la simetría de la matriz general de datos. ... 60

Figura 44: Vectores ajustados... 61

Figura 45: Inicio del algoritmo y carga del archivo (.txt) de la matriz general de datos... 62

Figura 46: Segmento del diagrama de bloques correspondiente al cálculo de las prestaciones en rueda... 64

Figura 47: Prestaciones en rueda, correspondientes a la Ruta 1. ... 65

Figura 48: Promedio de las marchas correspondiente a los cilindrajes homologados. ... 66

Figura 49: Fragmento del diagrama de bloques que determina la relación de transmisión. .... 67

Figura 50: Fragmento del diagrama de bloques encargado de la optimización para la asignación de marchas. ... 68

Figura 51: Segmento de la programación destinada a calcular los requerimientos energéticos de las rutas. ... 69

Figura 52: Plataforma para la obtención de la demanda energética. ... 70

Figura 53: Segmento del diagrama de bloques que determina el consumo de combustible en kg/s. ... 71

Figura 54: Sección del algoritmo desarrollado para la estimación de factores de emisión. ... 73

Figura 55: Potencia requerida del motor en el tramo de la pendiente máxima. ... 84

Figura 56: Torque del motor durante el recorrido de la ruta 1. ... 85

Figura 57: Energía requerida del motor en el tramo de la pendiente máxima. ... 85

Figura 58: Distribución de torque y potencia requerida en la ruta 1. ... 90

Figura 59: Curva característica de potencia. ... 92

Figura 60: Curva característica de potencia. ... 92

Figura 61: Evaluación de torque disponible respecto a lo requerido en la ruta 1... 93

Figura 62: Evaluación de torque disponible respecto a lo requerido en la ruta 1... 93

Figura 63: Evaluación de potencia disponible respecto a lo requerido en la ruta 1. ... 94

Figura 64: Evaluación de potencia disponible respecto a lo requerido en la ruta 1. ... 94

Figura 65: Valores de emisión registrados en la pendiente máx (21,3%) ruta 1. ... 98

Figura 66: Emisión en t/año de óxidos nitrosos hacia el medio ambiente. ... 102

Figura 67: Emisión en t/año de monóxido de carbono hacia el medio ambiente. ... 102

Figura 68: Emisión en t/año de anhídrido carbónico hacia el medio ambiente. ... 103

Figura 69: Emisión en t/año de hidrocarburos hacia el medio ambiente... 103

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XV

INDICE DE TABLAS

Tabla 1: Fórmulas aplicadas en dinámica de vehículos. ... 7

Tabla 2: Extracto de factores de emisión en t/año. ... 11

Tabla 3: Porcentaje de emisiones contaminantes que aporta el vehículo destinado para taxi. . 11

Tabla 4: Clasificación de los vehículos a ser utilizados para la modalidad de taxi. ... 15

Tabla 5: Aplicación de la vida útil en las unidades de transporte público. ... 16

Tabla 6: Resumen de modelos de vehículos más vendidos en el Ecuador. ... 23

Tabla 7: Vehículos homologados subclase M1. ... 24

Tabla 8: Categorización de parámetros influyentes en la demanda energética. ... 25

Tabla 9: Valores de coeficiente de resistencia a la rodadura en función al tipo de calzada. .... 26

Tabla 10: Especificaciones técnicas de la unidad experimental. ... 30

Tabla 11: Especificaciones Técnicas del dispositivo GPS Garmin 64. ... 31

Tabla 12: Características técnicas del equipo analizador de gases. ... 32

Tabla 13: Características del equipo medidor de revoluciones. ... 33

Tabla 14: Características del equipo portátil de combustible. ... 34

Tabla 15: Clasificación de carreras de un vehículo para el servicio de taxi. ... 37

Tabla 16: Valores porcentuales de movilidad en transporte público. ... 38

Tabla 17: Características de las rutas seleccionadas en el presente proyecto. ... 39

Tabla 18: Características de las ruta 1. ... 41

Tabla 19: Características de la ruta 2... 43

Tabla 20: Especificaciones de la ruta 3. ... 45

Tabla 23: Especificaciones de la ruta 6. ... 51

Tabla 24: Conjunto de datos extraída de GPS Garmin 64. ... 58

Tabla 25: Conjunto de datos extraída de Freematics One + . ... 58

Tabla 26: Conjunto de datos extraída de Analizador de Gases Brain Bee. ... 59

Tabla 27: Matriz General de datos simétrica. ... 61

Tabla 28: Relaciones de transmisión del vehículo utilizado. ... 65

Tabla 29: Promedios de los valores por cilindraje. ... 74

Tabla 30: Magnitudes de los parámetros del vehículo para la estimación teórica. ... 74

Tabla 31: Magnitudes de los parámetros ambientales y de operación para la estimación teórica. ... 75

Tabla 32: Valores de relación de transmisión promedio de vehículos con motor 1600cc. ... 80

Tabla 33: Resultados teóricos de las prestaciones estimadas para un motor de cilindrada 1400. ... 82

Tabla 34: Resultados teóricos de las prestaciones estimadas para un motor de cilindrada 1500. ... 83

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XVI

Tabla 35: Resultados teóricos de las prestaciones estimadas para un motor de cilindrada 1600.

... 83

Tabla 36: Resultados teóricos de las prestaciones estimadas para un motor de cilindrada 2000 cc. ... 83

Tabla 37: Comparación de error entre torque teórico y experimental. ... 86

Tabla 38: Comparación de error entre potencia teórica y experimental. ... 88

Tabla 39: Comparación de errores entre energía teórica y experimental. ... 89

Tabla 40: Excedentes de torque y potencia en las seis rutas evaluadas para cuatro cilindradas. ... 95

Tabla 41: Porcentaje total excedente de torque y potencia para cada cilindrada. ... 95

Tabla 42: Valores estimados de masa de combustible consumido en ruta. ... 97

Tabla 43: Peso molecular de los componentes de la gasolina. ... 98

Tabla 44: Estimación de factores de emisión en función a cada cilindraje en ruta. ... 99

Tabla 45: Estimación de valores de gases de escape emanados al ambiente en distancias recorridas. ... 101

Tabla 46: Porcentaje de renovación de la flota de taxis. ... 104

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XVII

INDICE DE ECUACIONES

Ecuación 1: Factor de emisión para el monóxido de carbono. ... 9

Ecuación 2: Factor de emisión para hidrocarburos. ... 9

Ecuación 3: Factor de emisión para óxidos de nitrógeno. ... 9

Ecuación 4: Cilindrada del motor. ... 18

Ecuación 5: Cilindrada total del motor. ... 18

Ecuación 6: Par motor. ... 18

Ecuación 7: Potencia desarrollada por el motor. ... 19

Ecuación 8: Torque del motor en función a sus revoluciones. ... 19

Ecuación 9: Potencia del motor en función a sus revoluciones. ... 20

Ecuación 10: Consumo de combustible respecto al tiempo. ... 21

Ecuación 11: Área frontal del vehículo. ... 25

Ecuación 12: Radio dinámico. ... 27

Ecuación 13: Gases ideales... 28

Ecuación 14: Densidad del aire. ... 28

Ecuación 15: Fuerza resistiva total al desplazamiento de un vehículo... 63

Ecuación 16: Torque en rueda. ... 63

Ecuación 17: Potencia en rueda. ... 63

Ecuación 18: Energía generada en rueda. ... 64

Ecuación 19: Revoluciones del motor. ... 66

Ecuación 20: Relación de marcha teórica... 67

Ecuación 21: Torque requerido en ruta. ... 68

Ecuación 22: Potencia requerida en ruta. ... 68

Ecuación 23: Energía requerida en ruta. ... 68

Ecuación 24: Cantidad de combustible consumido. ... 71

Ecuación 25: Masa de combustible que se consume por segundo. ... 71

Ecuación 26: Consumo de combustible en gramos por cada kilovatio hora. ... 71

Ecuación 27: Peso molecular de la gasolina extra. ... 72

Ecuación 28: Equivalente molecular del combustible. ... 72

Ecuación 29: Resistencia al aire. ... 76

Ecuación 30: Resistencia por pendiente. ... 76

Ecuación 31: Resistencia a la rodadura. ... 77

Ecuación 32: Resistencia por inercia. ... 77

Ecuación 33: Potencia en base a la velocidad angular del motor. ... 91

Ecuación 34: Par motor en función de la velocidad angular. ... 91

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XVIII

INDICE DE ANEXOS

Anexo A- 1: Vehículos homologados para taxi correspondiente al año 2019. ... 111

Anexo B- 1: Relaciones de transmisión de vehículos con motor 1400 cc. ... 112

Anexo B- 2: Valores promedio de relaciones de transmisión. ... 112

Anexo B- 4: Relaciones de transmisión promedio. ... 113

Anexo B- 6: Relaciones de transmisión promedio. ... 115

Anexo B- 7: Relaciones de transmisión de vehículos con motor 2000. ... 115

Anexo B- 8: Promedio de relaciones de transmisión. ... 116

Anexo C- 1: Especificaciones técnicas de vehículos más vendidos de cilindrada 1400. ... 117

Anexo D- 1: Prestaciones en rueda, Ruta 2. ... 119

Anexo E- 1: Torque requerido en el tramo de pendiente máxima. ... 121

Anexo E- 2: Potencia requerida en el tramo de pendiente máxima. ... 122

Anexo E- 3: Demanda de energía en el tramo de pendiente máxima... 122

Anexo E- 10: Torque requerido en el tramo de pendiente máxima... 124

Anexo E- 13: Torque requerido en el tramo de pendiente máxima... 125

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XIX

Anexo F- 1: Evaluación de áreas en función al torque. ... 127

Anexo F- 3: Evaluación de áreas en función a la potencia. ... 127

(21)

1 1. INTRODUCCIÓN

La adquisición de los vehículos ha incrementado conforme transcurren los años, es así que en la Provincia del Azuay la adquisición de automóviles representa un 35% a comparación del año 2015 con un 27% (AEADE, 2017), lo cual representa un crecimiento vehicular del 8% en el cual se encuentra la subcategoría M1.

Actualmente la selección de un vehículo destinado al servicio de taxi en la ciudad de Cuenca, no está orientada por un lineamiento técnico, sino que generalmente se basa en el aspecto económico que representa este tipo de proyecto de inversión, sin embargo, es valioso considerar las características técnicas que ofrece el motor, porque debido a una gran variedad de automotores ofertados por el mercado y homologados por la ANT, la elección es cada vez más difícil (ANT, 2018).

Así pues, un aspecto importante a tener en consideración es la emisión de gases contaminantes generada por el crecimiento anual del parque automotor en la ciudad. Por tal motivo, este proyecto plantea determinar las características técnicas necesarias para que un vehículo desempeñe el servicio de taxi en la ciudad de Cuenca de manera eficiente, es decir, que cumpla con la demanda energética teórica, pero con la menor contaminación posible. Los resultados obtenidos serán aporte importante para los estudiantes del Sindicato de Choferes Profesionales del Azuay, aplicado como un referente para su formación y capacitación.

2. PROBLEMA

Actualmente no existe un estudio basado en las exigencias geográficas y ambientales referente a la ciudad de Cuenca que determine las características técnicas, referente a las prestaciones del motor y su emisión de gases al ambiente, que un vehículo destinado a la prestación de servicio de taxi debe poseer, así mismo, es importante destacar que, existen diversas opciones de vehículos homologados en Ecuador; (ANT, 2018), lo que ha provocado incertidumbre en los estudiantes que se forman académicamente en el Sindicato de Choferes Profesionales del Azuay al momento de seleccionar un vehículo con dicho propósito. Por lo general, los aspectos técnicos, propios y diferentes para cada vehículo existente en el mercado, no son analizados previo a la compra del automotor; (Cevallos Tayán) por ejemplo,

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2

un factor importante en el crecimiento de las emisiones contaminantes en la ciudad de Cuenca, es la selección indiscriminada de cilindrajes; (Vintimilla Jarrín).

2.1. Importancia y Alcance

El beneficiario principal de este estudio serán los estudiantes del sindicato de Choferes Profesionales del Azuay, aplicado como un referente para la formación y capacitación técnica en las materias de Atención al Cliente, Administración de Proyectos y Motores de Combustión Interna.

El presente proyecto es relevante, debido a que va dirigido a establecer los parámetros técnicos del motor de un vehículo para el servicio de taxi, mediante la determinación de la demanda energética en motores ciclo Otto, para lo cual es necesario tomar en cuenta las condiciones de operación reales en la ciudad de Cuenca, estas son: perfil altimétrico, parámetros ambientales, pendientes de ascenso y capacidad de carga del vehículo.

Por tanto, a través de un cálculo teórico y estimación de parámetros tales como la cilindrada óptima, la potencia y torque necesarios del MCI, se puede llegar a realizar una aproximación de Emisiones Contaminantes, con la finalidad de conseguir una reducción significativa de las mismas, y que se puede lograr si la selección de un vehículo para taxi pasa de realizarse de forma empírica a tener un criterio técnico avalado por este tipo de proyectos.

Entonces, el alcance del presente trabajo es el de proporcionar un punto de vista técnico para poder discernir entre los vehículos que se encuentran homologados para el servicio de taxi, a partir de las características que se extraigan como resultados de los cálculos.

Como parte inicial del proyecto se procede a elaborar el estado del arte, mediante la compilación de información de las metodologías aplicadas a la estimación de la demanda energética y EC.

Como segundo paso, se procederá a registrar los parámetros medibles, proporcionados por las exigencias geográficas y ambientales de la ciudad de Cuenca que se encuentren relacionados con el consumo necesario de energía, tales como: velocidad, aceleración, altitud, y pendiente a través de instrumentos tecnológicos, como: GPS, DAQ, escáner automotriz; en las rutas

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3

origen destino pre-establecidas en estudios realizados para la ciudad de Cuenca, para generar una matriz de datos.

Como tercer paso, se obtendrá la demanda energética y su pronóstico ambiental, a través del análisis multivariado de la matriz de datos, el cual será desarrollado por un software de ingeniería que dará como resultado las prestaciones necesarias del vehículo.

Como cuarto proceso, se evaluará los parámetros energéticos obtenidos en el estudio con un modelo de vehículo para la comprobación en pruebas de rutas establecidas previamente, que se adecuen a la estimación teórica dada por el software.

2.2. Delimitación

El estudio está limitado a la determinación de las características técnicas, referente a las prestaciones del motor y emisión de gases al ambiente de vehículos ciclo Otto pertenecientes a la subcategoría M1, destinado al servicio de taxi en la ciudad de Cuenca; dicho de otra manera, se registra los parámetros medibles proporcionados por las exigencias geográficas y ambientales de esta ciudad mediante instrumentos tecnológicos para la estimación de la demanda energética y su pronóstico ambiental, por tanto, se obtiene las características técnicas teóricas en rutas pre-establecidas de áreas urbanas, lo que significa que los resultados proporcionados corresponderán exclusivamente para vehículos destinados a circular dentro de la ciudad de Cuenca, puesto que los parámetros incluidos en el cálculo son propios de su geografía, sin embargo, se puede aplicar la metodología para determinar los mismos parámetros en una ciudad distinta o una trayectoria específica.

3. OBJETIVOS

3.1. Objetivo General

Determinar la demanda energética de vehículos motorizados ciclo Otto pertenecientes a la subcategoría M1, mediante las consideraciones reales de operación en rutas preestablecidas, para el servicio de taxi en la ciudad de Cuenca.

3.2. Objetivos Específicos

 Analizar el estado del arte mediante consultas bibliográficas sobre las metodologías utilizadas en la obtención de la demanda energética en vehículos

(24)

4 motorizados.

 Determinar los parámetros relacionados con el consumo necesario de energía a través de instrumentación tecnológica en rutas pre-establecidas.

 Estimar la demanda energética y su pronóstico ambiental mediante las arquitecturas de análisis multivariado del conjunto general de datos.

 Comprobar los parámetros energéticos a través de una comparación entre pruebas de ruta y estimación teórica.

4. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Y FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

4.1. Estado del arte de la Demanda Energética en vehículos automotores y emisiones contaminantes

La demanda de energía para el transporte de personas y bienes es un impulsor primordial del escenario energético mundial, eventualmente se ha convertido en la fracción más grande del consumo energético; al mismo tiempo es el sector más renuente a abandonar su dependencia actual de los combustibles fósiles. Desempeña, por lo tanto, un papel importante en el cuestionamiento sobre la disponibilidad en el suministro de energía , así como en las consecuencias para el medio ambiente a niveles locales , regionales y globales (Ephrussi, Juarez, & Abreo, 2004).

A nivel de América Latina, específicamente en Ecuador se tiene el mayor índice de crecimiento en consumo de energía enfocada al transporte conforme a lo expuesto en el Balance Energético Nacional 2015, por tanto, el consumo total de energía representa para la nación el 42% de la demanda, es decir, los segmentos de transporte de carga liviana y pesada son los de mayor consumo de combustible, con un valor aproximado de 18% y 42%, respectivamente; constituyendo un consumo de combustible de 397 millones de galones de gasolina y de 763 millones de galones de diésel aproximadamente. Si se tiene en mención la última década, la tasa anual de incremento en el consumo en este sector es en promedio de 4%, en los dos últimos años este crecimiento casi se ha duplicado alcanzando un 7% (MICSE, 2015). De ahí la importancia en la investigación de modelos e implementación de tecnologías encaminadas al uso eficaz de la energía en el transporte (El Telégrafo, 2016).

(25)

5

Son varios los motivos por los cuales es conveniente determinar la demanda de energía en vehículos automotores, desde la necesidad de realizar el diseño y dimensionamiento de elementos hasta la ejecución de evaluaciones que pueden ayudar a escoger o corregir el componente de un sistema, con el resultado de garantizar su eficiencia, tal como lo indica un estudio en el cual se establece el consumo de dos tipos de combustible en un vehículo, a través de un balance energético entre la energía liberada por cada carburante y la requerida para mover el automotor (Montiel,2002), de igual manera un trabajo realizado con el propósito de obtener un ciclo característico de conducción para taxis de la ciudad de Cuenca, ha concluido que el consumo energético por kilómetro de una unidad es de 0,195 KWh y que la fuerza que más energía consume es la resistencia a la inercia (Dávalos, 2017).

Por otro lado, la necesidad de disminuir las emisiones contaminantes ha llevado a recurrir a fuentes de energías renovables, en este caso la introducción de vehículos eléctricos en una urbe, ha sido la principal razón para requerir evaluaciones energéticas, tal como lo muestra un estudio realizado en buses de combustión interna ciclo Diésel, el cual ha servido para determinar la demanda energética en condiciones y rutas reales de operación, previo a la implementación de buses eléctricos en la ciudad de Cuenca (Zumba, 2017). En otra investigación, la cual parte del cálculo de fuerza en rueda de cuatro vehículos eléctricos de distintas marcas, se estima el consumo energético en rutas interprovinciales definidas por los autores, y determina que el vehículo BYD E6 es el que requiere más energía por ser el de mayor masa entre los escogidos para las pruebas (Loaiza & Vanegas, 2016).

(Campos Chacón) diseña una metodología para la estimación de consumo energético y emisiones contaminantes en vehículos de transporte por carretera a través de modelos matemáticos basados en la velocidad media entre 10 y 50 km/h que relaciona el consumo de combustible con el tiempo de viaje, lo cual concluye que la herramienta diseñada es factible, ya que se comete un error de un ± 4% para la estimación de consumo energético y un margen de error del ± 2% en la metodología de emisiones contaminantes primarias.

(Frey & Eichenberger) obtiene valores estimados de factores de emisión de gases contaminantes de los autobuses escolares y de tránsito en gramos de contaminante por milla

(26)

6

recorrida a través de un monitoreo infrarrojo de la emisión generada, lo cual concluye que las mediciones instantáneas del tubo de escape se pueden utilizar combinándola con un modelo de balance de masa de combustión, propiedades de la composición y densidad del combustible.

4.2. Estimación de la Demanda Energética en vehículos 4.2.1. Dinámica de vehículos

La dinámica de vehículos es una parte importante para el cálculo del consumo de energía, debido a que en ella de consideran las resistencias que se oponen al avance del automóvil, Figura 1. Estas resistencias son cuatro, mismas que se detallan en la Tabla 1, y la sumatoria de las mismas da como resultado una fuerza denominada como Fuerza en Rueda, la cual es indispensable para una estimación de consumo energético.

Figura 1: Fuerzas y resistencias que afectan al vehículo en su desplazamiento.

Fuente: (Domínguez & Ferrer, 2012).

(27)

7

Tabla 1: Fórmulas aplicadas en dinámica de vehículos.

4.3. Emanación de gases contaminantes de un Motor de Combustión Interna

El motor de combustión interna sea a gasolina, diésel o GLP emite varios compuestos nocivos e inofensivos a la atmósfera, de modo que la incorporación de nuevas tecnologías está a la vanguardia en la mitigación al impacto ambiental, así pues, en la parte interna de un motor la mezcla aire-combustible no se quema en su totalidad, dando como resultado los gases contaminantes compuestos por ciertas sustancias como:

Resistencia a la inercia (Ri)

Fuerza en rueda (Fx) Resistencia a la rodadura (Rx) Resistencia a la pendiente (Rg)

Fuerza de arrastre (Fd)

Variable Ecuación [Unidad] Descripción de variables [Unidad]

= Coeficiente de arrastre del vehículo [adimensional]

ρ = densidad del aire [Kg/m³]

A = Área frontal del vehículo [m²]

V = velocidad lineal del vehículo [m/s]

M = masa del vehículo [kg]

g = gravedad [m/s^2]

= pendiente [rad]

= coeficiente de resistencia a la rodadura [adimensional]

g = gravedad [m/s^2]

= pendiente [rad]

a = aceleración [m/s^2]

(28)

8

 Monóxido de Carbono (CO)

Generado en condiciones de mezcla rica en motores a gasolina medido en porcentaje de volumen (% vol.), así pues, este gas causa dolores de cabeza y es letal para los seres humanos en inhalaciones por tiempo exagerado, debido a que se combina con la hemoglobina de la sangre causando la muerte.

 Hidrocarburos (HC)

Se emite como consecuencia de la combustión incompleta del combustible exponiéndose en estado líquido o gaseoso y es medido en partes por millón (ppm).

 Óxidos de Nitrógeno (NOx)

Este elemento es medido en partes por millón (ppm) es uno de los principales causantes de la lluvia ácida y del smog fotoquímico, causando la irritación de los pulmones en los seres humanos a un nivel de inhalación mayor de (F.Payri, 2011).

 Dióxido de Carbono )

Es un gas que no afecta a los seres humanos de manera directa, sino indirectamente es notable en el efecto invernadero desarrollando como consecuencia el calentamiento global, así pues, es medido en porcentaje de volumen (% vol.).

4.3.1. Factores de emisión de gases contaminantes

Los factores de emisión tienen su origen en base a la emanación de gases contaminantes a la atmósfera producida por el motor de combustión interna (MCI), es decir, es una relación entre la actividad vehicular y cantidad de contaminante emitido al medio ambiente (Castro Peña &

Escobar Winston).

Para establecer los factores de emisión se dispone de las siguientes ecuaciones, que relacionan la densidad del combustible en (kg/ ), así como también el consumo en una longitud recorrida medido en /km, por tanto, se obtiene los factores de emisión en gramos de contaminante por kilómetro a través de las siguientes ecuaciones:

(29)

9

( (

))

( 1)

Ecuación 1: Factor de emisión para el monóxido de carbono.

( (

))

( 2)

Ecuación 2: Factor de emisión para hidrocarburos.

( (

))

( 3)

Ecuación 3: Factor de emisión para óxidos de nitrógeno.

En donde:

 = Densidad del combustible [ ].

 = Consumo de combustible /km].

 = Peso molecular del combustible.

4.3.2. Emisión de gases contaminantes en la ciudad de Cuenca

En base al inventario de emisiones atmosféricas del Cantón Cuenca desarrollado en los años 2011 y 2014, el parque automotor se encuentra constituido por un aproximado de 131.488 vehículos a gasolina, de los cuales, el 67,3 % corresponde a automóviles, 20,3 % camionetas y furgonetas, 7,9 % motociclistas, 3,6 % taxis, 0,7 % híbridos y el 0,2 % pesados (buses, camiones, tanqueros), mismos que originan la emanación de gases de escape en toneladas al año de óxidos de nitrógeno (NOx), monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO2)

(30)

10

(EMOV EP, 2014). Entonces el 3,6 % de taxis representa un aproximado de 4733 vehículos destinados para brindar el servicio como tal como se indica en la Figura 2.

Figura 2: Conformación del parque automotor a gasolina en la ciudad de Cuenca.

Fuente: (EMOV EP, 2014).

Así pues en el año 2011 se ha generado 10.685 t/año de óxidos nitrosos del cual se atribuye el 76,4% al tráfico vehicular, así mismo las emisiones de monóxido de carbono alcanzan 40.634 t/año y de anhídrido carbónico un total de 1.392.930 t/año.

Así también, el año 2014 producto del tráfico vehicular se ha emitido al medio ambiente un total de 8.402 t/año de óxidos de nitrógeno del cual corresponde 71,2 % al parque automotor, así mismo el monóxido de carbono alcanza un total de 61.398 t/año y de anhídrido carbónico un valor de 1.372.434 t/año.

En mención a lo expuesto, a continuación, se presenta los valores de emisiones en t/año de los respectivos años en la Tabla 2.

Automóviles Camionetas y furgonetas Motocicletas Taxis Híbridos Pesados Categoría 0,7%0,2%

3,6%

7,9%

20,3%

67,3%

Vehículos a gasolina

(31)

11

Tabla 2: Extracto de factores de emisión en t/año. Fuente: (EMOV EP, 2014).

En base al valor total emitido por el parque automotor a gasolina en el año 2011 y 2014, se indica lo generado al año en toneladas a través del porcentaje de gas contaminante que contribuye el vehículo como taxi, tal como se muestra en la siguiente Tabla 3.

Tabla 3: Porcentaje de emisiones contaminantes que aporta el vehículo destinado para taxi.

Fuente: (EMOV EP, 2014).

Así también, en la gráfica de barras se muestra el comportamiento de los gases contaminantes que constriuye el vehículo como taxi, teniendo que en el año 2014 el CO2 posee un crecimiento del 19,96 % con respecto al año 2011, asi pues, el CO y el NOx tiene un decrecimiento del 33,09 % y 84,16 % respectivamente. A continuación se muestra en la Figura 3, lo indicado anteriomente.

NOx 10685 76,4 8160,6

CO 40634 91,9 37337,8

CO2 1392930 52,2 726871,5

NOx 8402 71,2 5981

CO 61398 94,9 58283,4

CO2 1372434 58,4 801285,9

Inventario de emisiones

atmosféricas Contaminante

Total emitido por el parque automotor a

gasolina [t/año]

2011

2014

Valor global de gases nocivos

[t/año]

Aporte del parque automotor a gasolina [%]

Aporte

generado [%] Emitido [t/año]

NOx 8160,6 3,7 301,94

CO 37337,8 9,1 3397,74

CO2 726871,5 3,4 24713,63

NOx 5981 0,8 47,85

CO 58283,4 3,9 2273,05

CO2 801285,9 3,7 29647,58

Taxi Total emitido por el parque

automotor a gasolina [t/año]

Inventario de emisiones atmosféricas

Contaminante

2011

2014

(32)

12

Figura 3: Emisiones contaminantes de taxis en los años 2011 - 2014 en t/año.

4.4. Clasificación Vehicular

La NTE – INEN 2656 instaura la clasificación de vehículos motorizados y no motorizados, identificados mediante características generales de diseño y uso. Esta norma se aplica a todos los vehículos diseñados para circulación terrestre (vehículos motorizados y unidades de carga) (INEN, 2016).

4.4.1. Categoría M

Vehículos automotores de cuatro ruedas o más diseñados y construidos para el transporte de pasajeros (INEN, 2016).

 Subcategoría M1

Vehículos motorizados con capacidad no mayor a ocho plazas, sin contar el asiento del conductor (INEN, 2016).

A continuación, en la Figura 4, se indica la clasificación vehicular perteneciente a la subcategoría M1.

(33)

13

Figura 4: Clasificación Vehicular Subcategoría M1.

Fuente: (INEN, 2016).

4.4.2. Taxi

Consiste en el traslado de terceras personas a cambio de una contraprestación económica desde un lugar a otro dentro del ámbito intracantonal autorizado para su operación, y excepcionalmente fuera de ese ámbito cuando sea requerido por el pasajero. Se realizará en vehículos automotores autorizados para ese efecto con capacidad de hasta cinco pasajeros incluido el conductor. Deberán cumplir las exigencias definidas en el reglamento específico emitido para el efecto y las ordenanzas que emitan los GADs (Reglamento, 2012).

4.4.3. Especificaciones técnicas de vehículos de transporte destinados al servicio de taxi pertenecientes a la subcategoría M1

Las características y especificaciones técnicas físico-mecánicas para el servicio de taxi en el Cantón Cuenca Provincia del Azuay, están fundamentadas conforme establece la LEY ORGÁNICA DE TRANSPORTE TERRESTRE, TRÁNSITO Y SEGURIDAD VÍAL,

(34)

14

asimismo, lo emitido en el REGLAMENTO DE TRANSPORTE COMERCIAL DE PASAJEROS EN TAXI CON SERVICIO CONVENCIONAL Y SERVICIO EJECUTIVO y la NORMATIVA INEN.

 Características generales

 Diseño original

El servicio de taxi será acreditado a vehículos cuyas características de diseño y construcción son de tipo original para el transporte de pasajeros, de igual manera, que cumplan con las características estipuladas en el presente instructivo.

 Estado general

Elementos como la carrocería, compacto (chasis) y el motor deberán presentar un correcto estado físico y de funcionamiento, que garantice la seguridad y comodidad de los usuarios del servicio. En caso de haberse realizado alguna reparación en los elementos mencionados, ésta será evaluada técnicamente a fin de determinar la calidad y el nivel de incidencia que podría tener con la seguridad y funcionamiento del vehículo y sus ocupantes.

 Clasificación

a) Taxis convencionales: destinado para el traslado de personas desde un lugar a otro dentro del área urbana con autorización correspondiente para su operación, en vehículos automotores de color amarillo, equipados para el transporte de personas, con una capacidad de hasta 5 pasajeros incluido el conductor, bajo normas técnicas y niveles de servicio determinados por la Agencia Nacional de Tránsito, los vehículos destinados para este servicio podrán operar como ambulante, a pedido expreso de los pasajeros en las calles.

b) Taxis ejecutivos: Se considera al servicio de transporte comercial que se presta a terceras personas a cambio de una contraprestación económica, que consiste en el traslado exclusivo de personas en forma segura dentro de su ámbito de operación, siempre que no sea un servicio de transporte masivo o colectivo, en vehículos de color amarillo, contratado única y exclusivamente mediante los medios de telecomunicación establecidos y autorizados por cada uno de ellos.

(35)

15

 Tipo de vehículo

Se considera las siguientes categorías de vehículos para ser aplicados a la modalidad de taxi, para ello se muestra la Tabla 4, a continuación.

Tabla 4: Clasificación de los vehículos a ser utilizados para la modalidad de taxi.

Fuente: (Comisión Nacional de Transporte Terrestre, 2010).

Categoría

No. de pasajeros incluido el conductor

Cilindraje

mínimo Características SEDÁN

5 1300cc

Tres volúmenes definidos: para el compartimiento del motor, para el habitáculo, para el compartimiento de carga; 4 puertas de acceso al habitáculo, consta de 5 plazas distribuidas en dos filas.

HATCHBACK

5 1300cc

Dos volúmenes definidos: para el compartimiento del motor y otro para el habitáculo y compartimiento de carga; no dispone de cajuela visible en la parte posterior; consta de 5 plazas distribuidas en dos filas.

STATION WAGON

5 1300cc

Automóviles de 4 puertas laterales y que disponen en la parte posterior del vehículo de un espacio amplio para el equipaje de uno o más usuarios.

Nota: Para el servicio de taxi tiene la autorización correspondiente los vehículos de subcategoría M1, tipo SUV, según la Reforma a la Resolución 006-B-DIR-2009-CNTTTSV

“REGLAMENTO DE TRANSPORTE DE PASAJEROS EN TAXI CONVENCIONAL Y EJECUTIVO”, siempre que cumplan las especificaciones requeridas en las normas técnicas dictadas para el efecto.

(36)

16

Como se muestra en la Tabla 4, los vehículos utilizados para el servicio de transporte de taxi son los siguientes: Autos Sedán, Station Wagon, Hatchback con capacidad de 5 pasajeros sentados incluido el conductor, desde 1300 cc; capacidad de carga deberá garantizar un volumen mínimo de .

Por tanto, la vida útil para las unidades que prestan el servicio de transportación pública en diferentes modalidades, deberán cumplir lo dispuesto por la Agencia Nacional de Tránsito, según la Tabla 5, descrita a continuación:

Tabla 5: Aplicación de la vida útil en las unidades de transporte público. Fuente: (Salcedo, 2012).

CUADRO DE APLICACIÓN DE LA VIDA ÚTIL

Modalidad de transporte

Tipo de vehículo

Constitución Jurídica y permiso de

operación

Incrementos y cambios

Vida útil total

Años Años Años

Taxis Automóvil 0 6 15

Taxis ejecutivos Automóvil 0 0 5

Carga Liviana Camioneta 5 10 15

Transporte mixto Camioneta

doble cabina 5 10 15

Carga pesada Camión 32 32 32

Tracto camión 32 32 32

Escolar e institucional

Bus o minibús 4 12 20

Furgoneta 4 10 15

Intraprovincial Bus o Minibús 5 13 20

Interprovincial Bus 5 13 20

 Requisitos

Los vehículos destinados al servicio de taxi, deben cumplir requisitos específicos previos a su circulación, entre los cuales se mencionan a continuación:

a) Requerimientos mínimos de seguridad, establecidos en el Reglamento Técnico Ecuatoriano RTE INEN 034 “Elementos mínimos de seguridad en vehículos automotores”.

b) Las características de diseño y construcción de los vehículos son de tipo original para el transporte de pasajeros.

(37)

17

c) El tren motriz, rotulación externa e interna, organización externa e interna, y elementos de seguridad y control son aspectos fundamentales del taxi.

4.5. Motor de combustión interna (MCI)

Se define al tipo de máquina capaz de transformar la energía química en energía mecánica, que se evidencia en forma de movimiento a través de una combustión conformada por aire y combustible dentro de una cámara. También al MCI se lo conoce como motores endotérmicos alternativos.

Los motores de combustión interna tienen diferentes usos en la automoción, encontrándose en maquinaria agrícola, barcos, maquinaria pesada, compresores, bombas hidráulicas, entre otros usos, así pues, el avance tecnológico de los motores ha tenido gran alcance, siendo evidente el uso de tecnología avanzada que mejore la eficiencia al aprovechar al máximo la energía liberada por el combustible.

4.6. Tren motriz

Se trata del mecanismo encargado de transmitir la potencia desarrollada en el motor al movimiento de las ruedas del vehículo, así pues, los elementos que integran el tren motriz y que modifican en forma mecánica lo que el motor entrega, son: el motor, el embrague, caja de velocidades, el diferencial y las llantas, por tanto, el tren motriz deberá garantizar lo siguiente:

 Capacidad de arranque en pendientes.

 Habilidad de ascenso en pendientes.

 Velocidad de operación máxima.

 Aceleración.

 Capacidad de carga.

 Uso eficiente del combustible.

4.7. Parámetros representativos del motor a) Cilindrada del motor

(38)

18

La cilindrada total del motor es la suma de los volúmenes útiles admitidos por cada cilindro del motor, expresándose generalmente en centímetros cúbicos o en litros. Para el cálculo de este parámetro se utiliza el diámetro del cilindro y no el del pistón.

A continuación, se tiene la ecuación de la cilindrada unitaria:

( 4)

Ecuación 4: Cilindrada del motor.

En donde:

 L = Carrera del pistón en cm.

 d = Diámetro del cilindro en cm.

El cálculo de la cilindrada total del motor es el resultado de multiplicar la cilindrada unitaria por el número de cilindros.

( 5)

Ecuación 5: Cilindrada total del motor.

b) Par motor

Resulta del producto de la fuerza aplicada sobre un cuerpo para hacerle girar, por la distancia al punto de giro.

( 6)

Ecuación 6: Par motor.

En donde:

 F = Fuerza en N.

 r = Radio de giro en cm.

c) Potencia

Se considera al trabajo desarrollado por unidad de tiempo.

(39)

19

( 7)

Ecuación 7: Potencia desarrollada por el motor.

En donde:

 P = Potencia en KW.

 J = Trabajo en J.

 t = Tiempo en s.

4.8. Curvas características a) Curva de par motor

Denominado también torque, es una magnitud física que mide el momento de fuerza que se aplica a un eje que gira sobre sí mismo a una determinada velocidad, siendo entonces la fuerza necesaria para que el cigüeñal del motor gire y sea capaz de transmitir dicho movimiento al resto de los elementos mecánicos (Daniela Marín Arias, 2018).

El par es una variable que dependerá de la potencia que se desarrolle en el interior del cilindro y del número de revoluciones del motor en un determinado momento, la curva característica del mismo se muestra en la figura 5, así pues, su valor se puede calcular a partir de:

( 8)

Ecuación 8: Torque del motor en función a sus revoluciones.

En donde:

 P = Potencia en KW.

 T = Momento par en Nm.

 = Velocidad de giro radial.

(40)

20

Figura 5: Curva de par – régimen de giro.

Fuente: (Marín & Toro, 2018).

b) Curva de potencia

Se considera a la cantidad de trabajo que se desarrolla en un tiempo determinado, es decir, es la velocidad de variación de energía en un sistema empleado en realizar un trabajo, su curva característica se reproduce en la figura 6. Además, se puede calcular la potencia a partir de:

( 9)

Ecuación 9: Potencia del motor en función a sus revoluciones.

En donde:

 Par (M) en N.m.

 RPM (N).

Figura 6: Curva de potencia - régimen de giro.

Fuente: (Marín & Toro, 2018).

(41)

21 c) Curva de consumo especifico

Definido como la masa de combustible que es consumido en un tiempo determinado, para su cálculo, se tiene que:

( 10)

Ecuación 10: Consumo de combustible respecto al tiempo.

En donde:

 = Densidad de combustible en .

 V = Volumen determinado en .

 tiempo que se demora en consumirse V(s).

5. MARCO METODOLÓGICO

En esta sección se indica los métodos utilizados para el desarrollo del Proyecto Técnico, así como también los equipos tecnológicos con sus respectivos procesos de manipulación; cuya finalidad concibe llegar a resultados que permitan establecer conclusiones y recomendaciones correspondientes en referencia al proyecto.

5.1. Análisis y elección del modelo de taxi representativo del cantón Cuenca

Actualmente en la ciudad de Cuenca se encuentran dos frentes asociados para brindar el servicio de transporte de taxi, la “Asociación Frente Unido de Taxistas (AFUT)” y la “Unión de Cooperativas de Transporte en Taxis del Azuay (UCTTA)”.

Por tanto, suman en total 3524 unidades que prestan el servicio, las mismas que están registrados en la Dirección Municipal de Tránsito (DMT) a su vez que se localicen matriculados en la ciudad. Así pues, coexisten dos marcas de vehículos que encabezan el parque automotor en la ciudad; Hyundai y Chevrolet representan un 66% del total de taxis, el 30 % se atribuye a otras marcas y un 4% suman a las unidades que no se encuentran registradas, como se muestra en la figura 7.