Modelamiento y diseño de un vehículo movido por potencia combinada humana-electrica

En el presente trabajo, mediante el empleo de herramientas modernas de ingeniería, se aborda el diseño de un vehículo unipersonal amigable con el medio ambiente y que representa a su vez una alternativa intermedia entre la movilidad de una motocicleta y el confort y seguridad de un sedan. El proceso del diseño se inicia con una revisión del estado del arte del modelamiento matemático de sistemas dinámicos y de los procesos de optimización en ingeniería de vehículos similares, a continuación se establecen las especificaciones de ingeniería que el nuevo vehículo debe cumplir. En un segundo paso se modelan los principales subsistemas que conforman el vehículo permitiendo predecir su respuesta bajo diferentes condiciones de operación. Estos modelos también sirven para evaluar las funciones objetivo en un proceso de optimización de la suspensión, lo que permite encontrar la combinación de parámetros que garanticen la mejor relación entre maniobrabilidad y confort. Finalmente, se realiza el diseño detallado de los diferentes componentes del vehículo apoyado en el análisis por elementos finitos y en el diseño para su manufactura. Este proceso de diseño para manufactura tiene como propósito disminuir la cantidad de componentes y reducir los costos de manufactura y ensamble.Abstract. This document deals with the design of a single-seater, environmental-friendly vehicle through the utilization of modern engineering tools, which offers an intermediate transport alternative between the agility of a motorcycle and the comfort and security of a sedan. The design process starts with the revision of state of the art mathematical modeling of dynamic systems, the engineering optimization processes, and of similar vehicles, in order to set the specifications that the new vehicle must comply with. The second step is to model the vehicle’s main subsystems in order to predict its behavior under diverse operating conditions. Such mathematical models will also be used to simulate the objective functionalities in a suspension optimization process, which will find the combination of parameters that will yield the best compromise between maneuverability and comfort. Lastly, the vehicle’s different components are designed in detail with basis on finite element analysis and in the manufacturing design itself, this manufacturing design aiming to reduce both the amount of components and overall manufacturing and assembling costs.Maestrí

Diseño de un vehículo eléctrico para el transporte de dos personas

El presente proyecto desarrolla un vehículo eléctrico a través del seguimiento de una metodología basada en parámetros principales tales como, la cantidad de personas a transportar, el peso, confort, el tipo de celda para las baterías y los materiales del chasis, y estética, todo esto ha sido seleccionado a través de puntajes ponderados y comparación de características para cubrir el objetivo de la problemática del cambio de matriz energética en los medios de transporte hacia energías limpias. La batería, la fuente de energía de este transporte fue dimensionada de forma modular para tener un mejor acceso, junto con su sistema de refrigeración que satisface su administración térmica. La estructura interna o chasis ha sido proyectada para llevar el banco de baterías junto con los pasajeros y demás elementos, basada en perfiles tubulares de materiales resistentes fáciles de encontrar y manufacturar, proporciona la seguridad y soporta la mayoría de cargas. El complemento de la estructura de chasis, el sistema de suspensión, se analizó geométricamente y estructuralmente a través de los brazos de control y el conjunto resorte amortiguador que fue seleccionado a partir de los requerimientos en la conducción del vehículo, todos los sistemas principales, como el sistema de gestión térmica, la estructura de chasis y suspensión fueron diseñados en 3d sometidos a una simulación en sus características y desempeños principales para asegurar su buen performance ante cualquier evento al que fuera expuesto el vehículo. Todos los componente y sistemas de los ensambles fueron analizados en su costo económico para resultar ser competitivos al nivel comercial. Como resultado final se obtuvo un diseño global de un vehículo eléctrico capaz de transportar dos personas cumpliendo con su tarea de ser un vehículo cero emisiones

Diseño preliminar de monorriel montado sobre viga para transporte urbano

El presente trabajo de tesis tiene como propósito la determinación de la viabilidad técnica-económica de la implementación de un vehículo de transporte masivo. Para esto se estableció un procedimiento de diseño y desarrollo del tema: En el capítulo primero se detallan los aspectos metodológicos: la problemática que implica el transporte urbano en la ciudad de Arequipa, y como, hasta el momento, los intentos de atenuarla no son suficientes. La delimitación de las fronteras, objetivos, y la identificación de los requerimientos técnico-materiales que se necesitarán para el desarrollo del trabajo. En el segundo capítulo se establece el marco teórico con el cuál se sustentan los capítulos siguientes: estudios sobre sistemas de transporte alternativos y del transporte urbano, definición de términos especializados en este tema, normas, metodologías de diseño, los materiales en la actualidad, y por último se describen las partes del tipo de vehículo a diseñar. El capítulo tercero, proceso de diseño, inicia con una breve descripción del estado actual de la problemática en la ciudad de Arequipa, el estado de la tecnología monorriel como transporte urbano, y la presentación de los objetivos y las mejoras del planteamiento de diseño dado. En este capítulo se determina una metodología de diseño particular, resultado del ordenamiento y uso simultáneo de diferentes metodologías. A partir de esta, es que se desarrolla el diseño conceptual, detalle, la validación, el diseño operacional y la elaboración de los planos de diseño. Cabe mencionar que, debido a ser un estudio preliminar, no se toma el diseño de detalle de cada parte con minucia. En el capítulo 4 se realiza un análisis energético y social a nivel económico, y un análisis ambiental debido a la importancia que tomó en los últimos años. Para simplificar el análisis energético se obvian diferentes aspectos, de manera que se analiza únicamente la energía requerida bruta y no su fuente, y se compara con un sistema de buses. El análisis social económico se realiza en función de un estudio de transportes realizado para la ciudad de Arequipa. En el análisis ambiental se hace una comparación entre el sistema de transporte de monorriel, y un sistema de buses en condiciones estándar. Esto porque hacerlo con el sistema real de transportes no resulta posible debido a la no uniformidad del sistema actual y a la variabilidad de los estudios encontrados. Capítulo 5 y 6 se realiza un estudio de costos y de impactos generados por las diversas actividades respecto del estudio

Implementación de un prototipo de vehículo eléctrico para movilidad personal

Implementar un prototipo de vehículo eléctrico para movilidad personal en tamaño real para promover el uso de sistemas de movilidad sustentableEn los últimos años en Ecuador la demanda de medios de transporte ha ido aumentando exponencialmente y al ser los combustibles fósiles la opción más utilizada para su funcionamiento también ha provocado de una forma directamente proporcional el crecimiento de la contaminación ambiental, emisión de smog, ruido y gases de efecto invernadero (GEI). Ante esta problemática, se ha propuesto el desarrollo de un prototipo de vehículo eléctrico ayudando a obtener una movilidad personal eficaz sin afectar drásticamente al medio ambiente y que sea accesible económicamente, apoyados por nuevas regulaciones implementadas en el país para permitir el uso de un medio de transporte sustentable y amigable con el medio ambiente. La selección de los componentes eléctricos se realizó mediante matrices de comparación que permitió la óptima selección de tecnologías. Para los diseños y validaciones se hizo uso de cálculos teóricos sustentados en el análisis bibliográficos y apoyos con software. Como resultado se obtuvo el montaje de un patinete eléctrico, con un peso neto de 60,3 kg a velocidades máximas de 35 km / h en su primera velocidad y 50 km/h en su segunda velocidad en línea recta; El vehículo tiene una autonomía de 23 km y un tiempo de carga de 5 h 41 min, posee un porcentaje del 100% de piezas encontradas localmente, en su sistema mecánico.Ingenierí

Diseño del tren de potencia de una motocicleta eléctrica

En este trabajo se desarrollan los pasos y metodologías para el diseño del tren propulsor de una motocicleta eléctrica, partiendo de las especificaciones básicas obtenidas durante el desarrollo de la tarea técnica y usando diferentes conocimientos de ingeniería, en diseño de máquinas, dinámica de vehículos, uso de software como Inventor y Matlab para el cálculo de los diferentes componentes requeridos. Históricamente el desarrollo de vehículos eléctricos se vio frenado durante muchos años por la limitada cantidad de energía que podían almacenar las baterías. Avances en los últimos años en la capacidad de las baterías, y motores de mayor potencia y menor masa, acompañado de la madurez en las tecnologías utilizadas en los mecanismos y cajas de transmisión para motocicletas con motor de combustión interna; pueden ser utilizados en adelantos en las motocicletas de tracción eléctrica. El primer paso es la consecución de la tarea técnica, que consiste en recopilar todas las características principales que deberá tener la motocicleta, especificaciones de dimensiones, uso, usuario objetivo, terreno, entre otros. Para ello se comparan diferentes motocicletas eléctricas y con motor de combustión interna ofertadas en el mercado para los años 2012, 2013 y 2014. Otro punto es la dinámica de tracción de la motocicleta, que consiste en el desarrollo de las ecuaciones de la dinámica de movimiento de un cuerpo, obedeciendo a las leyes de Newton para las especificaciones de movimiento deseadas. Además, con los resultados obtenidos de la dinámica de tracción y la tarea técnica se pueden seleccionar los diferentes componentes que componen el tren de potencia del diseño; como motor, baterías, controlador, cargador de baterías y transmisión. Luego se procede a simular con el uso de Matlab el comportamiento dinámico de la motocicleta, dando resultados como: los valores de aceleración, consumos y autonomías posibles. Finalmente se hacen todos los cálculos de los elementos de la transmisión, se toman las consideraciones de espacio, se calculan los esfuerzos, se seleccionan componentes y se desarrollan los planos de detalle

Diseño y simulación de un prototipo vehicular hibrido impulsado por energía solar fotovoltaica y gasolina en la empresa Servicios Eléctricos Humaga

En el presente trabajo se realizó el diseño y simulación de un prototipo de vehículo hibrido impulsado por energía fotovoltaica y un motor a gasolina. El diseño se realizó en base a los requerimientos de una empresa dedicada al mantenimiento de vehículos en general que quiere producir vehículos hibrido de fabricación nacional. Para esto se realizaron entrevistas al personal de la empresa con el fin de obtener los requerimientos iniciales de diseño, posteriormente con la información condensada se elaboraron conceptos de solución y de configuración que cumplan con los requerimientos de la empresa. Tanto para los conceptos y configuraciones se emplearon unas matrices de selección para determinar el diseño óptimo para el vehículo hibrido. Seguidamente se realizó un análisis paramétrico para relacionar la velocidad de avance del vehículo, la pendiente del terreno y la potencia eléctrica consumida. De este análisis se observó que en la condición de operación de pendiente igual a cero el vehículo se puede desplazar a 100 km/h consumiendo una potencia de 15.73 kW, mientras que para una pendiente de 20° el consumo de corriente máximo es de 33.93 kW, para esta potencia se seleccionaron el motor eléctrico, el generador, el motor de combustión interna y el banco de baterías. Por otra parte, para la máxima velocidad de desplazamiento la autonomía del vehículo es de 95 km con un porcentaje de descarga del banco de baterías del 80%. Finalmente, del análisis se tiene que el costo total para la fabricación del vehículo hibrido es del S/. 41,717.68, el cual se puede recuperar en 10 meses y 13 días

Diseño del chasis, dirección y sistema de propulsión eléctrica para un vehículo de la categoría prototipo enfocado en la competencia Shell Eco Marathon 2020

Shell Eco-marathon es una competencia patrocinada por Shell de eficiencia energética, la marca de hidrocarburos organiza la competencia anualmente en tres ediciones principales por continente, una en Asia, otra en Europa y finalmente, en América. Los equipos que logren mayor eficiencia o, en pocas palabras, recorrer más con menos energía, son los que logran ganar las competencias o establecer récords de eficiencia. La competencia permite dos tipos de vehículos, los Prototype, que son vehículos que llevan generalmente 3 ruedas; y los Urban Concept, vehículos de 4 ruedas que tienen características similares a los autos convencionales. La motorización de estos vehículos depende de la fuente de energía, los cuales pueden ser gasolina, Diesel o etanol para motores de combustión interna; batería eléctrica o pilas de combustible de hidrógeno para motores eléctricos. La gran eficiencia lograda por vehículos de combustión interna en este tipo de competencias es alta, logrando récords como en 2004 por el equipo de Lycée La Joliverie (Francia), logrando 3410 km por litro de combustible. No obstante, estos vehículos que tienen alta eficiencia siguen emitiendo gases de efecto invernadero, por lo que la competencia comenzó a ponerle más énfasis en los prototipos eléctricos. En el año 2019, durante la competencia en el autódromo de Sonoma en California, el vehículo eléctrico de la Universidad de Illinois en la categoría Urban Concept logró 244.62 km por kilovatio hora. En la Pontificia Universidad Católica del Perú, el grupo estudiantil SEMA PUCP ha participado en 2 ocasiones, 2017 y 2018, con un vehículo prototipo de motor a combustión interna. En esta ocasión, el presente trabajo de investigación plantea el diseño de un vehículo para que el grupo Newro, grupo nuevo en la PUCP, pueda competir en Shell Eco Marathon en la categoría prototipo eléctrico.Trabajo de investigació

Diseño y construcción de un patinete eléctrico de montaña para la movilidad conveniente a la topografía de la ciudad de Ambato

El objetivo de este proyecto de investigación fue diseñar un patinete eléctrico de montaña mediante la utilización de un software CAD para alcanzar mejores prestaciones en comparación a los existentes en el mercado; se realizaron diversas simulaciones y pruebas de campo en donde se seleccionó el mejor prototipo. En el diseño del patinete eléctrico se utilizó el método investigativo con el fin de conocer el tipo de material necesario para su construcción al igual que se realizaron estudios con el propósito de seleccionar los mejores componentes electrónicos para su ensamblaje, también se realizaron varias simulaciones en las cuales se determinó un diseño óptimo con la intención de mejorar el rendimiento, además se comparó el desempeño del prototipo por medio de pruebas de campo, tomando en cuenta el terreno demográfico de la ciudad de Ambato para ello se tomaron diversas rutas con diferentes vehículos de movilidad eléctrica en donde se analizó los resultados de cada prueba. Se modeló geométricamente el bastidor examinado por software CAD, luego mediante operaciones matemáticas se resolvió la selección de los componentes como la batería, motor y controlador. El prototipo también utilizó una suspensión de aire delantera de bicicletas. Después de que se obtuvieron todos los parámetros y se seleccionó los componentes, se procedió a su construcción en el que mediante pruebas de campo se validó el prototipo, en donde se logró curvas de velocidad del patinete eléctrico en operación, también se obtuvieron datos de la comparación con un scooter eléctrico. Se concluye que el patinete eléctrico es una solución para la congestión vehicular y es de gran ayuda para reducir la huella de contaminación en el mundo. Se recomienda en las comparaciones de prestaciones utilizar más vehículos de movilidad eléctrica con el fin de obtener resultados considerables para determinar la mejor opción.The objective of this research project was to design an electric mountain scooter by using CAD software to achieve better performance compared to those on the market. Various simulations and field tests were carried out where the best prototype was selected. The research method was used in the design of the electric scooter to know the type of material necessary for its construction. As well as studies with the purpose of selecting the best electronic components for its assembly, several simulations were also carried out in which an optimal design was determined with the intention of improving performance. In addition, the prototype performance was compared through field tests, taking into account the demographic terrain of Ambato city. Various routes were taken with different electric mobility vehicles where the results of each test were analyzed. The frame examined by CAD software was geometrically modeled, then the selection of components such as battery, motor and controller was resolved through mathematical operations. The prototype also used a bicycle front air suspension. After all the parameters were obtained, and the components were selected, its construction proceeded in which the prototype was validated through field tests, where speed curves of the electric scooter in operation were achieved, data from the comparison with an electric scooter. It is concluded that the electric scooter is a solution for vehicular congestion and is of great help to reduce the pollution footprint in the world. It is recommended in performance comparisons to use more electric mobility vehicles in order to obtain considerable results to determine the best option

Implementación de un sistema de tracción eléctrica a un vehículo convencional, para mejorar su rendimiento

En el siglo XXI, se repite la necesidad del cambio de paradigma energético de la locomoción, que se dio en el siglo XX a inicios, es decir el combustible que impero por más de 120 Años, el petróleo y sus derivados, ha llegado a su cenit, cada día es más escaso y aparta contamina la atmosfera con la acumulación de carbono, que origina el llamado efecto invernadero y ha propiciado toda una campaña mundial para lograr la descarbonización de la atmosfera, con compromisos asumidos por casi todos los países del Mundo, incluido el Perú, pero desde el punto de vista individual o micro económico, los precios son los que empujan a un cambio de energético, en el corto plazo en el Perú, el Gas Natural y en el largo plazo el auto eléctrico, este trabajo trata de trazar cual es el sendero para efectuar estos cambios de motor de combustión interna a motor eléctrico, indicando las alternativas de adaptación, es decir a auto hibrido (que tiene a la vez un motor de combustión interna y un motor eléctrico) y el auto eléctrico, con disposición en serie o en paralelo, para el funcionamiento, con baterías y sin baterías, enchufable y no enchufable, y verificar que a pesar que se necesita una inversión inicial, que la podemos modular en cuanto a su magnitud, pero que representa un ahorro en su operación (energético) y su mantenimiento, que son bastantes menores, como se ha podido evidenciar en el presente trabajo de investigación, se analizan alternativas de uso desde el uso intensivo del vehículo de carga y transporte público de pasajeros, con recorridos diarios superiores a 300 kilómetros por día, a recorridos privados del orden de los 100 kilómetros semanales, en donde se demuestra la viabilidad privada y pública del cambio, de energético a electricidad