DISEÑO Y FABRICACION DE UN PROTOTIPO FUNCIONAL DE MOTOCICLETA ELECTRICA EN LA CIUDAD DE SAN JUAN DE PASTO 2012 Delgado Cerón, Camilo Andrés. Pantoja Bustos, Melquis Arturo. Villota Díaz, Edwin Alejandro COORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE NARIÑO San Juan de Pasto, Octubre 23 de 2012 RESUMEN: El diseño y fabricación de motocicleta eléctrica se realizará con el fin de aprovechar las ventajas del uso de la energía eléctrica, dejando atrás los combustibles fósiles y brindando ventajas importantes como la economía, la ecología e incentivar el uso de estos vehículos con cero emisiones contaminantes. PALABRAS CLAVE: Diseño en ingeniería, moto eléctrica, energías alternativas, transporte. ABSTRACT: The design and manufacture of electric motorcycle will take place in order to take advantage of the use of electricity, leaving behind fossil fuels and providing significant advantages such as economy, ecology and encourage the use of these vehicles with zero emissions. Keywords: design engineering, electric motorcycle, alternative energy, transportation. 1. INTRODUCCION Tras dos siglos de sociedad industrial, en los que se ha hecho grandes progresos, entrando al siglo XXI con graves problemas en relación con el medio ambiente y las desigualdades crecientes entre sociedades avanzadas y poco desarrolladas; muchos de los problemas ambientales, parten del escaso o mal conocimiento de la realidad planetaria. Individual y colectivamente, se debe conocer a fondo cual es la lógica del entorno en el que se habita. La contaminación ambiental ocasionada por la utilización de 1 combustibles fósiles, presenta un complejo panorama ante el cual no se puede quedar impasible.una primera acción es aprender de los errores cometidos; por tanto, a través de los años, mediante la investigación se ha ido incursionando en la búsqueda de diferentes alternativas de obtención de energía, lo que ha dado como resultado otros tipos de carburantes menos contaminantes como: el gas natural y los biocombustibles; renovando en gran parte los motores de estos vehículos, pero dependiendo también de otros derivados del petróleo como: aceites y lubricantes,
que después de cumplir con su función durante el tiempo estimado se convierten en un problema ambiental al ser desechados; la respuesta siempre ha sido la implementación de motores eléctricos yceldas de energía que en un principio eran poco eficientes debido a su gran tamaño, utilización de líquidos corrosivos y poca autonomía. Actualmente se ha avanzado mucho en ese campo, lo que permite implementar dichos avances en la industria del transporte, la gran mayoría de empresas fabricadoras y ensambladoras de vehículos se encuentran investigando sobre la energía eléctrica para ser el corazón de sus productos, sacando al mercado varios tipos de medios de transporte eléctrico como: carros, motocicletas y ciclomotores. Colombia progresa en gran parte debido al transporte, sin embargo los controles o exigencias ambientales no se cumplen a cabalidad como en otras partes del mundo, lo cual ha generado altos niveles de contaminación por emisiones de combustibles fósiles. Los vehículos eléctricos se presentan como una solución de movilidad y ecología muy económica, aunque son muy pocas las empresas que pueden importarlos, razón por la cual se ha optado por fabricarlas en el país incursionando en el desarrollo de esta tecnología. Las motocicletas son el vehículo escogido por la sociedad como el más apropiado para la implementación de un motor eléctrico debido a su fácil adquisición, 2 versatilidad y bajos costos de mantenimiento La ciudad de San Juan de Pasto, se encuentra situada cerca de la frontera con el país del Ecuador, convirtiéndose en una vena principal de transporte hacia el interior del país; debido a esto muchos vehículos particulares, de servicio público y de transporte pesado circulan por la ciudad ocasionando un incremento en la contaminación. Las motocicletas son el medio más popular y económico que transitan actualmente, siendo un punto clave para el desarrollo de un proyecto que permita el cambio de los motores de combustión interna por propulsores eléctricos; además la ciudad no cuenta con una industria regional de vehículos eléctricos, ni tampoco son importadas por empresas reconocidas. 2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA Cómo diseñar y fabricar un prototipo funcional de motocicleta eléctrica en la ciudad de San Juan de Pasto 2012? 3. JUSTIFICACIÓN El diseño y fabricación de motocicleta eléctrica en la ciudad de San Juan de Pasto 2012 se realizará con el fin de implementar una forma de aplicación de energía como lo es la eléctrica, dejando atrás los combustibles fósiles y brindando ventajas importantes como la economía, la ecología e incentivar el uso de estos vehículos con cero emisiones contaminantes; es por eso que el ingeniero mecánico de la Corporación Universitaria Autónoma de Nariño está capacitado para
diseñar y usar nuevas tecnologías poniendo en práctica el conocimiento adquirido en su proceso de formación académica, aportando con nuevas ideas emprendedoras a la comunidad respecto a las actuales formas de movilidad que se están implementando a nivel global. La investigación e implementación de nuevas tecnologías permiten el desarrollo de nuevas formas alternativas de transporte. Gran parte de la sociedad utiliza las motocicletas como principal forma de movilización al ser muy económicas, sin embargo, no dejan de ser contaminantes, por tal razón esprecisoimplementar el motor eléctrico, celda de almacenamiento de energía y sistema de recarga, que permite bajar los niveles de contaminación de la ciudad de San Juan de Pasto.Con este proyecto se pretende a futuro contribuir al cuidado y preservación del medio ambiente, implementando con el reciclaje la reutilización de motos de combustión interna en mal estado, consolidando así al sector eléctrico como precursor y desarrollador de transportes limpios. 4. OBJETIVOS Objetivo General Diseñar y fabricar un prototipo funcional de motocicleta eléctrica en la ciudad de San Juan de Pasto 2012 Objetivos específicos Clasificar información acerca de vehículos eléctricos. 3 Determinarel modelo de motocicleta que más se adecue para el uso en la ciudad. Analizar los diferentes tipos de propulsión con energía eléctrica y almacenamiento de la misma para motocicletas. Emplear el motor y celda eléctricos más apropiados para una mayor eficiencia de la motocicleta. Realizar los respectivos cálculos matemáticos que componen los elementos mecánicos de la motocicleta. Acoplar los componentes diseñados de la motocicleta en un software y realizar análisis estructurales y aerodinámicos. Modificar el chasis y el carenaje de una motocicleta además de realizar sus pertinentes planos. Ensamblar las estructuras mecánicas diseñadas, celda de almacenamiento, motor eléctrico, carenaje, transmisión y demás elementos que componen la motocicleta. Implementar un sistema electrónico de instrumentos de control de velocidad, nivel de carga, encendido, voltaje, iluminación y seguridad. Verificar el correcto funcionamiento de todos los componentes y hacer una prueba de ruta.
Desarrollar un manual de uso y mantenimiento de la motocicleta eléctrica. 5. MARCO REFERENCIAL. Marco Contextual El desarrollo del presente proyecto se llevara a cabo en la ciudad de san Juan Pasto, capital del departamento de Nariño que está situado en el extremo suroeste del país, en la frontera con la República del Ecuador; localizado entre los 00º31 08 y 02º41 08 de latitud norte, y los 76º51 19 y 79º01 34 de longitud. Limita por el Norte con el departamento del Cauca, por el Este con el departamento del Putumayo, por el Sur con la República del Ecuador y por el Oeste con el océano Pacífico 1, este aspecto determina la parte en donde se ubica la zona de investigación con el fin de encontrar la información deseada acerca de la problemática planteada, dado que este departamento no es explotado industrialmente es fundamental para realizar proyectos de innovación tecnológica, lo que permite la implementación y la incursión de nuevas ramas de la ingeniería moderna País Colombia Departamento Nariño Región Andina NIT 8912800003 Código DANE 52001 Ubicación Latitud 1 12'52.48"N Longitud 77 16'41.22"O 1 Toda Colombia. Disponible en <http://www.todacolombia.com/historiacolombi ana.html> 20 de abril de 2010. hora 10:00 am 4 Temperatura 12 C Altitud 2.527 msnm Superficie 1.181 km² Gentilicio pastuso(a), pástense Fundación 24 de Junio de 1539 Fuente: Alcaldía de Pasto http://www.pasto.gov.co/index.php?option=co m_content&view=article&id=60&itemid=61 La Capital Nariñensecuenta con zona rurales muy amplia, en la que sus habitantes desarrollan múltiples maneras para buscar su bienestar económico dada la escasez de empleo; por ello se desarrollan ideas innovadoras que promueven el desarrollo socioeconómico local, como por ejemplo la movilización de personas en motocicleta hacia los adentros del campo, el transporte de productos agrícolas desde el lugar de cosecha hacia los sitios de mercado. En cuanto a la zona urbana se puede destacar el uso de la motocicleta en diferentes formas de trabajo como es el servicio de mensajería, el transporte de productos lácteos y de panadería hacia los distintos hogares y tiendas; es por esto que se pretende cambiar la forma de pensar de la comunidad pastusa, puesto que aunque no se tenga los avances tecnológicos se posee los recursos intelectuales para alcanzar un mayor nivel de cultura en cuanto a posibles alternativas de solución a diferentes problemáticas cotidianas, que pueden parecer sin importancia pero que con ayuda del ingenio que toda persona posee se logre una óptima solución y nuevas formas de generar trabajo. Aunque las motos eléctricas hace ya algunos años hicieron su aparición en el país, presentadas por algunas marcas de procedencia china, con la
adquisición de cuatro unidades por parte del Área Metropolitana de Medellín conformada por el equipo de protección de Fauna Silvestre, la Secretaría de Medio Ambiente y la Policía Ambiental, la noticia se ha vuelto actual. 2 Las motocicletas eléctricas serán probadas con el ánimo de incentivar el uso de vehículos cero emisiones como una iniciativa para mejorar la movilidad y el medio ambiente, un proyecto iniciado a comienzos de este año y que incorporando algunos vehículos eléctricos. Marco Legal Ley 9 1979, Congreso de Colombia, ministerio de la protección del medio ambiente, artículo 1, título 1 De la protección del medio ambiente: para la protección del medio ambiente la presente ley establece: las normas generales que servirán de base a las disposiciones y reglamentaciones necesarias para preservar, restaurar y mejorar las condiciones sanitarias en las que se relaciona a la salud humana 3. En el desarrollo de un proyecto se define con anterioridad las consecuencias que este traerá consigo, tanto a nivel personal, sanitario y por supuesto a nivel ambiental, esto con el fin de crear un entorno generoso entre ser humano y la naturaleza y para esto el ingeniero 2 PUBLIMOTOS.COM Disponible en<http://www.publimotos.com/novedades/mot os-electricas-en-medellin/<20 de abril de 2012. hora 10:20 am 3 MINISTERIO DE LA PROTECCIÓN DEL MEDIO AMBIENTE. Congreso de Colombia. Disponiblehttp://copaso.upbbga.edu.co/legislac ion/ley_9_1979.codigo%20sanitario%20nacio nal. 5 cuenta con los conocimientos necesarios para garantizar un desarrollo sostenible. Proyecto de ley 023 de 2010 cámara: Por medio de la cual se establecen medidas para la promoción e implementación de modos de transporte que incorporen tecnología de tracción eléctrica El Congreso de ColombiaDECRETA: Artículo 1. Objetivo.La presente ley busca contribuir a la diversificación de la matriz energética, mediante la promoción e implementación de modos de transporte que incorporen tecnologías de tracción eléctrica, como medida de adaptación y mitigación de los efectos del cambio climático 4.El gobierno pretende que la implementación de nuevas tecnologías permita un desarrollo sostenible para el mejoramiento del medio ambientey el cuidado de la naturaleza el cual ha sido prioridad de diversas instituciones. Artículo 7. Promoción de investigación, desarrollo e implementación. Los Ministerios de Minas y Energía, Transporte y de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, fomentarán la vinculación de las universidades, las empresas generadoras, transportadoras y comercializadoras de energía eléctrica, los gremios y la industria asociada al sector automotriz del país, a la investigación e implementación de proyectos e iniciativas que propicien el desarrollo de diferentes modos de 4 PROYECTO DE LEY 023 DE 2010 CÁMARA Disponible en http://servoaspr.imprenta.gov.co/gacetap/gacet a.mostrar_documento?p_tipo=05&p_numero= 023&p_consec=26161
transporte con tecnología de tracción eléctrica. 5 Es importante que las entidades del Gobiernoestén interesados y apoyen a los proyectos tecnológicos e ideas emprendedorasmencionados en el presente artículo y brinden el apoyo financiero para realizar acabo estos proyectos los cuales permiten la implementación y la incursión de nuevas ramas de la ingeniería modernaya que son importantes para el desarrollo social y económico de la ciudadanía. Ministerio de Transporte - Concepto (Febrero 2009): La Motocicleta Eléctrica es catalogada como un vehículo al ser un aparato montado sobre dos ruedas que permite el transporte de personas de un lugar a otro. Corresponde a la descripción de una motocicleta debido a que posee dos ruedas en línea y es automotor. Frente a esto y como requisito para su circulación debe portar placas, estar matriculado, ser conducido por una persona con licencia que use casco y chaleco y porte un SOAT.6 Como son vehículos relativamente nuevos, las leyes no la definen ni regulan su uso, lo cual genera un gran vacío jurídico y ambigüedades en la aplicación de las normas de tránsito. La circulación de vehículos de esta clase apenas se esta incursionando en el país por lo cual no regulan leyes donde se considere el levantamiento de restricciones de circulación o de 5 ibíd. 6 MOTOR.COM.CO Disponible enhttp://www.motor.com.co/vehiculos- motor/articulo-web- NEW_NOTA_INTERIOR-9773484.html 6 zonas de estacionamiento o mas aun la restricción vehicular de pico y placa. Marco Tecnológico Al enfrentarse a la construcción de un prototipo funcional de motocicleta eléctrica se deben tener en cuenta las partes y su labor además de los procedimientos necesarios para su correcto funcionamiento. http://www.ison21.es/wpcontent/uploads/2009/11/mavizen_0.jpg En primer lugar, se realizará la modificación del chasis para que de soporte al motor y a las celdas eléctricas si comprometer la resistencia del mismo, para ello, se efectuarán los análisis estructurales de elementos finitos en el software CAD- CAM. http://www.motoservices.com/debutant/fazer/f Z6-FAZER-DETAIL-12.jpg Consecutivamente se modificarán también el tendido eléctrico y el carenaje de la moto con el fin de mejorar la aerodinámica del diseño realizando el respectivo análisis en un
software computacional, adicionando también componentes electrónicos de información y control que permitirán visualizar la velocidad, el estado de carga de la batería, luces en general y un sistema de seguridad por código para encender la motocicleta. Fuente:http://img.alibaba.com/photo/35777697 3/48V_200Ah_Lithium_Battery_for_Communic ation_power_supply.jpg 1) Posteriormente las celdas eléctricas alimentarán el motor HPM 5000 B de 24-72 voltios que entrega de 3-7 kw de potencia el cual transforma la energía eléctrica en mecánica y mediante la relación de piñonescadena permite el movimiento de la rueda trasera de la motocicleta. 2) Fuente:http://img.alibaba.com/photo/41989086 8/brushless_DC_motor_for_electric_car_electri c_motorcycle_bldc_motor_48v_72v_5000w.j pg Fuente:1)http://img693.imageshack.us/img 693/1296/airdynamicspvizbmwmotol.jpg 2)http://foros.hondaclub.com.ar/showthrea d.php?t=63727&page=3 Luego, el proceso de carga se realiza mediante la conexión del cable a una alimentación eléctrica de 110 v durante 8 horas la cual será almacenada en las celdas eléctricas de litio. 7 Fuente: http://enchufalo.es/wpcontent/uploads/2010/06/zero-mx-motorelectrico.jpg
6. REFERENCIAS Bibliografía BEER, Ferdinand y JOHNSTON, Rusell, segunda edición. McGrawHill. Colombia, 1992. BEER. Ferdinand y RUSSELL, Johnston. Mecánica de materiales. cuarta edición. Editorial McGrawHill. Colombia. 2002. CIDAE, Centro de Investigación y Desarrollo Empresarial, Corporación Universitaria Autónoma de Nariño, 2006 CONCEJO PROFESIONAL NACIONAL DE INGENIERÍAS ELÉCTRICA, MECÁNICA Y PROFESIONES A FINES. Congreso de Colombia. CORPORACION UNIVERCITARIA AUTONOMA DE NARIÑO. INGENERIA MECANICA. ING Arteaga Noguera Luis Enrique CORPORACIÓN UNIVERSITARIA AUTÓNOMA DE NARIÑO. Ingeniería Mecánica. Líneas de investigación. FITZGERALD, Robert W. Mecánica de materiales. Editorial alfa omega. Edición revisada. México. Año 1996. Cibergrafia Toda Colombia. Disponible en <http://www.todacolombia.com/historia colombiana.html> PUBLIMOTOS.COM Disponible en<http://www.publimotos.com/noveda des/motos-electricas-en-medellin/<20 de abril de 2012. hora 10:20 am MINISTERIO DE LA PROTECCIÓN DE LOS AUTORES Congreso de 8 Colombia. Disponible en http://unwebserver.unal.edu.co/segurid ad/documentos/ley_23.pdf. MINISTERIO DE LA PROTECCIÓN DEL MEDIO AMBIENTE. Congreso de Colombia. Disponiblehttp://copaso.upbbga.edu.co /legislacion/ley_9_1979.codigo%20sa nitario%20nacional PROYECTO DE LEY 023 DE 2010 CÁMARA Disponible en http://servoaspr.imprenta.gov.co/gacet ap/gaceta.mostrar_documento?p_tipo =05&p_numero=023&p_consec=2616 1. MOTOR.COM.CO Disponible enhttp://www.motor.com.co/vehiculos- motor/articulo-web- NEW_NOTA_INTERIOR-9773484.html MIC MAC. Análisis Estructural Disponible en:http://www.prospectiva.eu/cursoprospectiva/programas_prospectiva/mi cmac DICCIONARIO DE INFORMÁTICA. Disponible en: http://www.alegsa.com.ar/dic/bateria.p hp MALLAS DE FIBRA DE VIDRIO Disponible en: http://arte-yarquitectura.glosario.net/construcciony-arquitectura/fibra-de-vidrio-7064.html EL MOTOR ELECTRICO Disponible en http://www.portalplanetasedna.com.ar/ motor_electrico.htm Motocicleta eléctrica. Disponible en : [http://www.technologyreview.com/nan otech/17837/ Technology Review: Making Electric Vehicles Practical.