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DETERMINACIÓN DEL EFECTO DE LA ALTITUD DEL TERRITORIO
NACIONAL COLOMBIANO EN EL DESEMPEÑO MECÁNICO Y
ENERGÉTICO, PARA UN VEHÍCULO PROPULSADO POR UN MOTOR DE
COMBUSTIÓN INTERNA.
Autor:
JOAQUÍN LEONARDO BRICEÑO CUEVAS
Asesor:
LUIS ERNESTO MUÑOZ CAMARGO
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
FACULTAD DE INGENIERÍA
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
BOGOTÁ D.C., COLOMBIA
DICIEMBRE DE 2014
DETERMINACIÓN DEL EFECTO DE LA ALTITUD DEL TERRITORIO
NACIONAL COLOMBIANO EN EL DESEMPEÑO MECÁNICO Y
ENERGÉTICO, PARA UN VEHÍCULO PROPULSADO POR UN MOTOR DE
COMBUSTIÓN INTERNA.
Autor:
JOAQUÍN LEONARDO BRICEÑO CUEVAS
Asesor:
LUIS ERNESTO MUÑOZ CAMARGO
PhD, MSc, Ingeniero Mecánico
PROYECTO DE GRADO
PARA OPTAR POR EL TITULO DE: INGENIERO MECÁNICO
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
FACULTAD DE INGENIERÍA
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
BOGOTÁ D.C., COLOMBIA
DICIEMBRE DE 2014
Contenido
Índice de tablas ................................................................................................... i
Lista de figuras .................................................................................................... ii
1. Introducción ................................................................................................. 1
2. Objetivos ...................................................................................................... 3
2.1. Objetivo General ................................................................................... 3
2.2. Objetivos específicos ............................................................................ 3
3. Problema de investigación ........................................................................... 4
4. Estudio bibliográfico ..................................................................................... 6
4.1. Ámbito mundial ..................................................................................... 6
5. Metodología ................................................................................................. 8
5.1. Diseño experimental.............................................................................. 9
5.1.1. Protocolos de evaluación ................................................................... 9
5.1.2. Pruebas a realizar .............................................................................. 9
5.1.2.1. Desempeño mecánico .................................................................... 9
5.1.2.1.1. Prueba de aceleración............................................................... 10
5.1.2.1.2. Pruebas de deceleración natural ............................................... 10
5.1.2.2. Desempeño energético ................................................................. 10
5.1.2.2.1. Consumo de combustible .......................................................... 10
5.2. Equipos e instrumentación .................................................................. 11
5.2.1. Medición de posición, velocidad, aceleración y tiempo .................... 11
5.2.2. Medición de flujo de combustible ..................................................... 12
5.2.3. Medición de Potencia y Momento par .............................................. 12
5.2.4. Condiciones ambientales ................................................................. 13
6. Procedimiento experimental ...................................................................... 14
6.1. Elaboración de protocolos de prueba .................................................. 14
6.2. Verificación de funcionamiento de equipos ......................................... 14
6.2.1. Verificación de funcionamiento - flujómetro DFL-3x-5bar Corrsys-
Datron. 15
6.3. Medición de pendiente en carretera .................................................... 16
6.4. Pruebas definitivas – Carretera ........................................................... 18
6.4.1. Sitio de prueba de alta altitud, Bogotá D.C. (2600 m.s.n.m.) ........... 18
6.4.2. Sitio de prueba de baja altitud, Villavicencio - Meta (392 m.s.n.m.) . 18
6.5. Pruebas definitivas – Dinamométricas ................................................ 19
7. Procesamiento de datos ............................................................................ 20
7.1. Prueba de aceleración ........................................................................ 20
7.2. Prueba de desaceleración natural ....................................................... 21
7.3. Prueba de consumo de combustible ................................................... 22
7.4. Manejo de señales .............................................................................. 22
8. Análisis de resultados ................................................................................ 23
8.1. Prueba de aceleración ........................................................................ 23
8.2. Prueba de desaceleración natural ....................................................... 24
8.3. Prueba de consumo de combustible ................................................... 25
Conclusiones .................................................................................................... 27
Recomendaciones ............................................................................................ 29
Anexos ............................................................................................................. 31
A1. Protocolos de prueba y listas de verificación para las pruebas de
carretera ........................................................................................................ 31
A1.1. Prueba de aceleración 0-80 km/h ........................................................ 31
A1.1.1. Protocolo de medición de aceleración del vehículo en carretera ...... 31
A1.1.2. Lista de verificación y secuencia – Prueba de aceleración ............... 39
A1.2. Prueba de desaceleración natural (60, 50, 40 km/h) ........................... 41
A1.2.1. Protocolo para pruebas de desaceleración natural del vehículo en
carretera ........................................................................................................ 41
A1.2.2. Lista de verificación y secuencia – Prueba de desaceleración natural
...................................................................................................................... 50
A1.2.3. Protocolo corregido para pruebas de desaceleración natural del
vehículo en carretera .................................................................................... 52
A1.2.4. Lista corregida de verificación y secuencia – Prueba de desaceleración
natural ........................................................................................................... 61
A2. Gráficas adicionales ............................................................................... 63
A2.1. Prueba de aceleración ......................................................................... 63
A2.2. Prueba de desaceleración natural ....................................................... 63
A2.3. Prueba de consumo de combustible .................................................... 63
A2.3.1. Comparación condiciones estacionaria y transitoria Bogotá (2600
m.s.n.m.) ....................................................................................................... 63
A.2.3.2. Comparación condiciones estacionaria y transitoria Villavicencio (392
m.s.n.m.) ....................................................................................................... 64
A2.3.3. Comparación entre flujos de combustible en condiciones estacionaria
y transitoria respecto a los dos sitios de prueba ........................................... 65
A3. Códigos Matlab ....................................................................................... 66
A3.1. Prueba de aceleración ......................................................................... 66
A3.2. Prueba de desaceleración natural ....................................................... 67
A3.3. Filtrado de señal de caudal en estado transitorio ................................ 68
Índice de tablas
Tabla 1. Protocolos seleccionados para la determinación del efecto de la altitud
en el desempeño del vehículo. ........................................................................... 9
Tabla 2. Especificaciones GPS de alta resolución. .......................................... 11
Tabla 3 Resultados medición de pendiente ..................................................... 17
Tabla 4 Características ambientales de sitios de prueba de consumo de
combustible ...................................................................................................... 23
Tabla 5 Resultados prueba de aceleración Villavicencio ................................. 24
Tabla 6 Resultados prueba de desaceleración natural Villavicencio ............... 24
Tabla 7 Comparación propiedades máximas prueba de consumo de combustible
......................................................................................................................... 27
Lista de figuras
Fig. 1 Mapa topográfico de Colombia. Tomado de http://www.igac.gov.co/igac 4
Fig. 2 Diagrama de altimetría. Ruta: Puerto Gaitán - Bogotá D.C. ..................... 5
Fig. 3 Diagrama de altimetría. Ruta: Bogotá D.C. - Cali. Imagen tomada de
http://www.destinosyplanes.com/portal/images/stories/mapas/mapasaltimetria/fi
nalaltimetiraruta1.png ......................................................................................... 5
Fig. 4 Mapa conceptual de estudio en condiciones de altura ............................ 6
Fig. 5 Equipo VBOX utilizado para las mediciones dinámicas sobre el vehículo.
Imagen tomada de http://racelogic.files.wordpress.com/2009/03/vbox-3i.jpg .. 11
Fig. 6 Flujómetro de combustible. Imagen tomada de http://www.corrsys-
datron.com/Assets/Images/photos/130_DF1_complete.jpg ............................. 12
Fig. 7 Dinamómetros de eje. Imagenes tomadas de http://www.land-and-
sea.com/axle-hub_dyno/axle-hub-dyno.htm ..................................................... 13
Fig. 8 Termo-anemómetro EXTECH 45158. Imagen tomada de
http://www.tester.co.uk/media/catalog/product/cache/2/image/0e2d86ceb912cb
34ce62b29ae5750017/E/x/Extech-45158-Mini-Thermo-Anemometer-with-
Humidity-1.jpg .................................................................................................. 13
Fig. 9 Barómetro OEM DA2018. Imagen tomada de
http://es.aliexpress.com/item/Digital-Altimeter-6-in-1-Multifunction-Barometer-
Compass-Thermometer-Weather-forecast-Time/472136517.html ................... 14
Fig. 10 Manómetro medidor de presión de combustible .................................. 15
Fig. 11 Montaje verificación del funcionamiento del flujómetro ........................ 15
Fig. 12 Ilustración triangulo rectángulo para el cálculo de pendiente ............... 16
Fig. 13 Imágenes medición de pendiente ........................................................ 16
Fig. 14 Posición horizontal del nivel ................................................................. 17
Fig. 15 Posición máxima de altura del nivel ..................................................... 17
Fig. 16 Tramo de prueba Bogotá D.C. ............................................................. 18
Fig. 17 Imágenes tramo de prueba Villavicencio ............................................. 18
Fig. 18 Montaje pruebas dinamométricas y consumo Bogotá D.C. (2600
m.s.n.m.) .......................................................................................................... 19
Fig. 19 Montaje pruebas dinamométricas y consumo Villavicencio Meta (392
m.s.n.m.) .......................................................................................................... 19
A la memoria de mis abuelos:
Don Aniceto Cuevas, Ema Izquierdo
y Joaquín Briceño, junto a demás
familiares y amigos que con su
paso por la tierra dejaron su
huella e hicieron parte en que
este sueño se hiciera realidad.
Agradecimientos
Éstas palabras se quedan cortas ante tantas cosas bonitas y favores recibidos
durante estos años de vida, pero principalmente estos 5 años de estudiante de
pregrado en la maravillosa Universidad de Los Andes.
Primero que todo agradezco a Dios por todo lo brindado en mi vida, por
permitirme seguir siempre adelante en todo lo que me he propuesto. A mis
padres, son lo mejor que Dios me ha podido dar, a mi madre Diomira Cuevas
Izquierdo gracias por ser incondicional, por tu bondad, por estar siempre ahí, sin
ti no hubiera sido posible que este sueño se hiciera realidad, al igual que mi padre
José Joaquín Briceño Granados, gracias por alentarme con sus palabras de
decirme que era capaz y que soy un súper pilo, mil gracias.
A mis tíos Olfan y Celina Cuevas Izquierdo, gracias por ser los mejores tíos
padrinos, por todo ese apoyo brindado durante toda la vida y por esa motivación
para salir adelante y llegar a ser una mejor persona. A mis primos Atanasio y
Nelson Zarate, Aniceto Cuevas T. y Neil Giarvanny Latriglia C. gracias por
enseñarme a amar a mi tierra, por animarme a “echar pa´lante” y alcanzar todas
mis metas propuestas. A mi segunda familia en Bogotá, don Felipe Villamil, Nelly
Hurtado y Álvaro Iván Hurtado gracias por toda esa colaboración y por tanto
pereque que les puse con mis trabajos.
También esto no habría posible si no hubiera tenido conmigo a los mejores
compañeros desde inicio de carrera: Jhon F. Pachón, Cristian Gómez, Daniel
López, Camilo Orrego y Alina Vásquez; aquí tienen no solo un compañero, sino
un amigo para toda la vida que solo tiene palabras de agradecimiento para
ustedes. Al igual que mis amigazos de final de carrera: Sebastián Uribe, Isabella
Caicedo y Alejandro Becerra, muchas gracias por todas esas enseñanzas y por
considerarme su amigo, los quiero mucho muchachos.
A Luis Ernesto Muñoz Camargo, muchas gracias por haberme recibido como su
discípulo, gracias por su asesoría y por permitir que este proyecto se llevara a
cabo. Al grupo de dinámica vehicular de la Universidad de Los Andes 2014-2 por
su colaboración y dedicación durante las pruebas, dicho grupo conformado por:
Sergio Roa, mil gracias mi hermano; Gabriel Steffens, Natalia Rincón, Juan
Camilo Sierra y Jorge Gómez. Les debo miles.
Por último a Omar Amaya y a Luis Carlos Ardila, por su paciencia para trabajar
conmigo y por tantas y tantas horas de trabajo, gratitud enorme para ustedes
como para todos los técnicos del laboratorio de manufactura ML-027. A Juan
Felipe Gallego por su paciencia para resolver mis dudas frente a este trabajo, y
por su colaboración cuando lo necesité.
Eternamente agradecido
Joaquín Leonardo Briceño Cuevas
25/01/2015
1
1. Introducción
A lo largo de los años, el transporte terrestre, especialmente los vehículos propulsados por motores de combustión interna han permitido la movilización de personas y carga de un lugar a otro. Detrás de la acción de transportar personas, hay una cantidad importante de parámetros para la consecución de esta acción anteriormente mencionada. Para el desarrollo de estos parámetros, las grandes empresas fabricantes de automotores realizan sus diseños basados en condiciones estándar de presión, temperatura, y humedad relativa. Estas condiciones se encuentran en altitudes correspondientes al nivel del mar, de esta manera ignorando algunas veces lo que puede llegar a suceder en alturas de miles de metros por encima a la tomada como referencia.
Como se ha visto, la presión atmosférica varía para cada altitud, por lo que se supone que las condiciones atmosféricas afectan al diseño elaborado en condiciones estándar. En la década correspondiente a 1960, ingenieros japoneses más exactamente pertenecientes a Toyota Motor Co., Ltd. iniciaron estudios acerca del efecto que tienen las condiciones atmosféricas sobre el desempeño de un automóvil propulsado por un motor a gasolina (Nakajima, 1969). También, otras empresas automotrices de importancia se han dedicado a estudiar este desempeño del vehículo afectado por combustibles como gas natural vehicular (GNV), o gas licuado de petróleo (GLP).
Dada la extensa variedad topográfica con la cual cuenta Colombia, hay regiones en las cuales los conductores de vehículos ya sean de pasajeros, carga, o particulares dejan entrever que sienten una pérdida de “fuerza” por parte de su vehículo. En el país previamente se han realizado metodologías para la evaluación del desempeño en vehículos automotores, tanto para pruebas de banco, dinamómetros y carretera pero estas han sido con el fin de mirar el comportamiento con el motor como GNV o GLP como combustibles, también observar la economía que se puede generar con el uso de estos combustibles, y no para estudiar la afección del rendimiento mecánico y energético producida por la altitud a la que se encuentra el vehículo.
Por consiguiente, es necesario realizar pruebas en el territorio nacional para observar lo que ocurre con el desempeño de los automotores, y de esta manera los conductores y dueños de flotas de vehículos tengan en cuenta estos parámetros al momento de adquirir su flota y esta tengan un buen rendimiento en el momento de realizar viajes que involucren varias alturas del país. Para llevar a cabo esto, es necesario realizar pruebas de carretera y dinamométricas a diferentes alturas del territorio colombiano.
Como se mencionó con anterioridad, se realizan tres pruebas de desempeño en vehículos automotores. Las pruebas en carretera son una alternativa adicional a las dos primeras que sirven para verificar el desempeño del vehículo en sus diferentes secciones. Aunque éstas son las que se asemejan más a las condiciones de operación real del vehículo, presentan como inconveniente la instrumentación móvil, y para que las pruebas puedan ser replicables es necesario que se establezcan claramente las características ambientales.
2
Aunque éste ha sido un tema de estudio durante muchos años, principalmente por las grandes empresas de fabricación automotriz, en el país hay poca información al respecto en lo que se refiere a desempeño mecánico y energético afectado por las condiciones atmosféricas de la altitud en la cual se encuentra el vehículo. El reto principal se centra en realizar varias pruebas de carretera para determinar estos parámetros y determinar el efecto que la altitud tiene sobre estos. Por consiguiente, es necesario realizar este tipo de pruebas y diseñar pruebas adicionales para caracterizar mejor los parámetros de importancia.
Puntualmente, se realizarán pruebas de carretera y con dinamómetros de eje-cubo para caracterizar la variación mecánica y energética en automotores. Éstas ya han sido llevadas a cabo en diferentes lugares del mundo y en nuestro país para diferentes tipos de combustible aparte de la gasolina. En este momento se pretende realizar las pruebas a diferentes altitudes y así obtener varios datos que permitan observar la variabilidad de la potencia, el par, la velocidad angular del motor y otras propiedades de importancia en el desempeño de un vehículo, asegurando que los resultados de estas pruebas sean confiables y sea posible replicar las pruebas en otros lugares del mundo.
Posteriormente, con la idea de cuantificar la variación de los parámetros presentes en el desempeño general de un vehículo, sometido a diferentes alturas sobre el nivel del mar y diferentes condiciones topográficas, se deben realizar las pruebas de carretera y dinamométricas correspondientes con el fin de obtener resultados confiables y se pueda establecer si ese tipo de vehículo es el indicado para esa condición de operación.
Previamente, se mencionó que el objetivo del proyecto es realizar pruebas de carretera a un vehículo con la finalidad de determinar la importancia que tiene la altitud en su desempeño general, más específicamente mecánico y energético, siguiendo metodologías de evaluación de automotores y una serie de normas SAE que rigen las pruebas a desarrollar. Se desarrollarán dos pruebas para cada altitud que se componen de pruebas de aceleración a fondo, medición de consumo de combustible, potencia y par, y pruebas de aceleración; con estas pruebas se lograrán resultados importantes en el tiempo destinado para este fin, y se comprobará la realidad de las metodologías elaboradas en anteriores proyectos de grado y normas SAE.
En este proyecto de grado se expondrán primero los objetivos que se desarrollaron, luego el problema puntual de investigación en Colombia, seguido un breve estudio bibliográfico realizado, de donde se extraen las características más importantes para llevar a cabo las pruebas de carretera, también se referenciarán los trabajos previos realizados en la Universidad de Los Andes acerca de este tema, que sirven para el entendimiento y desarrollo de las pruebas. Posteriormente se darán a conocer los equipos necesarios con los cuales cuenta la Universidad de Los Andes empleados durante las pruebas. Por último, se presentarán los resultados, el análisis de estos y una serie de conclusiones respecto a lo desarrollado a lo largo del proyecto.
3
2. Objetivos
2.1. Objetivo General
Determinación del desempeño mecánico y energético de un vehículo automotor expuesto a diferentes altitudes de operación, que involucren diversas características ambientales, mediante la elaboración de pruebas de carretera y dinamométricas que permitan cuantificar la importancia de estas características, en el desempeño general del vehículo.
2.2. Objetivos específicos
i. Diseñar las pruebas de carretera y pruebas dinamométricas estas
últimas para la evaluación del desempeño energético, refinando las
metodologías elaboradas como proyectos de grado anteriores.
ii. Ejecutar las pruebas de carretera y dinamométricas, teniendo en
cuenta las recomendaciones observadas en trabajos previos
iii. Analizar los resultados obtenidos por los instrumentos empleados.
iv. Realizar la repetición de las pruebas de carretera y dinamométricas en
distintas condiciones atmosféricas, para observar la variabilidad a
diferentes altitudes.
4
3. Problema de investigación
Colombia topográficamente se constituye en un 33% por montañas y un 67% por
llanuras bajas. En la topografía colombiana se pueden distinguir tres sectores
principales. El sistema montañoso andino, conformado por las tres cordilleras y
los diferentes valles interandinos, abarcando el occidente del país.
Fig. 1 Mapa topográfico de Colombia. Tomado de http://www.igac.gov.co/igac
El segundo sector lo conforman las extensas llanuras bajas, ubicadas en la franja
oriental, en las regiones de la Orinoquía y Amazonía, así como también, las
llanuras de las costas pacífica y caribe (al occidente y norte del país
respectivamente). El último sector corresponde al sistema periférico, el cual
cubre los sistemas montañosos aislados, como el de la sierra Nevada de Santa
Marta y la Macarena.
5
Fig. 2 Diagrama de altimetría. Ruta: Puerto Gaitán - Bogotá D.C.
A diario, por las carreteras del país transitan una gran cantidad de vehículos, se
estima según el Ministerio de Transporte nacional que alrededor de 179’915.072
pasajeros nacionales se movilizaron durante el 2013 en el país. También, según
este ministerio, hasta el año había 2’828.671 automóviles, 777.207 camionetas,
603.716 camperos, del total nacional donde se incluyen, servicio particular,
público y oficial. Ante esto, es notable la importancia que tiene el sector del
transporte terrestre en nuestro país, convirtiéndolo en la forma más común de
desplazamiento de un lugar a otro de los colombianos.
Cómo se ha mencionado con anterioridad, las empresas fabricantes de
vehículos, los diseñan y elaboran bajo condiciones atmosféricas estándar
correspondientes a nivel del mar, olvidando lo que puede suceder al variar estas
condiciones, y la influencia de estas en el desempeño del vehículo.
Fig. 3 Diagrama de altimetría. Ruta: Bogotá D.C. - Cali. Imagen tomada de http://www.destinosyplanes.com/portal/images/stories/mapas/mapasaltimetria/finalaltimetiraruta1.png
Dada la riqueza topográfica colombiana y el movimiento de pasajeros que se
desplazan en el territorio nacional, es importante estudiar el efecto que tiene la
6
altitud en el desempeño mecánico y energético de un vehículo cuyo motor sea
alimentado por gasolina, ya que según el Ministerio de Transporte, en 2009 el
91,9% del consumo de gasolina motor correspondió al sector transporte,
mientras que el diésel fue únicamente del 69,7%.
Por lo anterior, este proyecto pretende cuantificar el efecto que tienen distintas
condiciones atmosféricas del territorio nacional colombiano en el desempeño
mecánico y energético de un vehículo propulsado por un motor de combustión
interna. El método para la solución a este problema serán las pruebas de
carretera y pruebas dinamométricas a diferentes altitudes, éstas pruebas
seguirán un protocolo basado en normas internacionales con el fin de que se
puedan replicar y se logre realizar una comparación bajo condiciones similares.
4. Estudio bibliográfico
4.1. Ámbito mundial
A nivel mundial, se han desarrollado diversos estudios que tratan acerca del
estudio de la afectación de un vehículo automotor en diversas condiciones de
altitud, la manera como se estudia este fenómeno se resume en la tabla descrita
a continuación.
Fig. 4 Mapa conceptual de estudio en condiciones de altura
La búsqueda de la bibliografía se ha realizado basada en la selección que se ha
hecho del estudio del vehículo como sistema, y con la ejecución de las pruebas
de carretera principalmente, debido a la reciente incorporación de las pruebas
dinamométricas con consumo de combustible. En esta sección de la figura 4,
hay muy pocos estudios al respecto, por lo que se han seleccionado tres artículos
académicos de gran importancia, para entender como la altitud afecta el
desempeño de un vehículo.
7
Experiments of Effects of Atmospheric Conditions on the
Performance of an Automotive Gasoline Engine. (Nakajima,
Shinoda, & Onoda, 1969)
Este estudio fue desarrollado por Toyota Motor, y es uno de los trabajos pioneros
en las condiciones de altitud, por lo que es de vital importancia mencionarlo en
este proyecto. Consiste básicamente en una serie de experimentos que se
llevaron a cabo para clarificar varios problemas del motor a gasolina. Se
aplicaron varias condiciones atmosféricas a un motor de gasolina de 4 cilindros
en un laboratorio, en el cual se han desarrollado pruebas de dinamómetro con
acelerador a fondo.
Luego de realizar la experimentación correspondiente, y obtener resultados
importantes, se concluye que los efectos de la presión atmosférica, temperatura
de succión del aire, y humedad en el desempeño del motor son independientes
una de otra. El rango de la humedad encontrado durante la prueba se debe tener
en cuenta cuando la razón máxima de aire combustible a la salida y la regulación
de encendido se han determinado, puesto que la humedad afecta estos dos
parámetros.
Effects of atmospheric temperature and pressure on the
performance of a vehicle. (Soares & Sodré, 2002)
Este trabajo, se asemeja más al proyecto desarrollado, consistió en el desarrollo
de pruebas de carretera bajo diferentes condiciones de temperatura ambiente,
presión y humedad, midiendo el tiempo de aceleración para observar la
influencia de las condiciones atmosféricas en el desempeño de un vehículo. El
vehículo de prueba que se utilizó es propulsado por un motor a gasolina de
cuatro cilindros, con múltiple de admisión de longitud variable e inyección de
combustible multipunto. Las pruebas al vehículo se llevaron a cabo a nivel del
mar y a una altitud de 827 m sobre el nivel del mar, con variación en la
temperatura ambiente entre 20 y 30ºC.
Los tiempos requeridos por el vehículo para ir desde 80 a 120 km/h, desde 40 a
100 km/h y para alcanzar distancias de 400 y 1000 m desde una velocidad inicial
de 40 km/h en aceleración máxima fueron grabados. Los resultados mostraron
que el desempeño del vehículo fue mayormente afectado por cambios en la
presión atmosférica que en la temperatura. Una diferencia de 3% en el tiempo
para lograr los 1000 m, saliendo desde la velocidad de 40 km/h en aceleración
máxima, fue encontrada entre las presiones atmosféricas probadas, para una
temperatura fijada.
Entre las conclusiones logradas se destaca que la presión atmosférica es el
parámetro que más influye en el desempeño del vehículo, ya que a una mayor
altitud el motor tiene que generar una mayor potencia principalmente en la
prueba de 80 a 120 km/h. El aumento de la temperatura atmosférica aumenta
los tiempos de aceleración. En la prueba de 1000 m, ocurrió una diferencia de
0.4% para un intervalo de 5ºC, por lo que la temperatura no es un parámetro de
importancia en el desempeño de un vehículo.
8
Research on Measurement Method of Road Gradient and Altitude
by On-Road Driving. (Sato, Yamamoto, Ogawa, & Fukuro, 2009)
Este artículo es más reciente que los anteriores, y es un aporte interesante de lo
que se está realizando con las pruebas de carretera en la actualidad. Se
desarrolla basado en que las emisiones del exosto de un vehículo bajo
condiciones de conducción en carretera son afectadas por el estado de control
de la ECU (Unidad de Control del Motor).Este estado de control depende de la
fuerza motriz del vehículo, ésta es aproximada a la resistencia a la tracción, que
es la suma de la resistencia a la aceleración, aerodinámica, a la rodadura, y por
pendiente. Aunque esto es esencial para tomar una medición precisa de la
pendiente de la carretera, es completamente difícil para evaluar la resistencia
por pendiente en pruebas de conducción en carretera.
En este estudio, los métodos de medición de la pendiente de la carretera y la
altitud con GPS, giroscopio y un sensor de altura son reportados. La pendiente
de la carretera bajo las condiciones de manejo es evaluada por la combinación
de la medición del ángulo pitch con el giroscopio y midiendo la pendiente del
vehículo con los dos sensores de altura. De este método, se puede verificar la
forma de evaluación de la altitud de la ruta durante la prueba de conducción.
Luego de obtener los datos respectivos, se puede estimar cual es la resistencia
a la pendiente de la carretera mediante conducción en carretera, para así llegar
a calcular la resistencia a la tracción y por ende la fuerza motriz del vehículo.
5. Metodología
Lo que se desarrolló en el presente proyecto de grado está enfocado
directamente a los vehículos automotores, especialmente automóviles con
motores de combustión interna y encendido por chispa, para observar el efecto
de la altitud en estos bajo diferentes condiciones de operación a través de la
realización de pruebas de carretera y dinamométricas.
La metodología empleada se desarrolla a partir de los objetivos específicos
descritos con anterioridad, tomando cada uno de estos como una fase con una
serie de actividades a desarrollar.
La primera fase consistió en el objetivo i., para llevarlo a cabo se partió de lo
referenciado en las normas SAE e ISO según el estudio bibliográfico realizado
más a fondo al momento de iniciar el proyecto de grado, luego de hacer la
revisión y tener claro lo enunciado por estas normas, se procedió a diseñar un
protocolo de pruebas de carretera necesarias para lograr el objetivo general del
proyecto que es lo que esperado al final del proyecto de grado.
Para la segunda fase, se llevó a cabo el objetivo ii. Es necesario haber definido
todo acorde al objetivo i. de la primera fase. Luego de tener todo listo, se espera
que con la ejecución de estas pruebas los resultados sean confiables y acordes
a lo que se busca con el desarrollo del proyecto.
La tercera fase desarrolló el objetivo iii., en donde se observó que los resultados
se encuentren en los criterios de aceptación establecidos según las normas SAE
9
e ISO. Si esto no cumple con lo esperado, es necesario revisar lo que pudo
afectar y observar desde que punto comenzaron a presentarse los posibles
errores con el fin de corregirlos.
En la cuarta fase del proyecto, luego de llevar a cabo la tercera fase y realizar
las correcciones pertinentes, nuevamente se realizan las pruebas en Bogotá y el
objetivo iv. se replica en otro lugar del territorio nacional, como en la ciudad de
Villavicencio Meta para completar dos altitudes y desarrollar las pruebas
previstas.
La quinta y última fase del proyecto, desarrolló los aspectos formales del
proyecto de grado, como la elaboración de la presentación intermedia, redacción
y revisión del documento final, y su respectiva presentación final.
5.1. Diseño experimental
Partiendo de que se han seleccionado 3 pruebas para determinar el efecto de la
altitud en el desempeño de un vehículo automotor, se ha desarrollado un
protocolo de pruebas para cada una de estas (Ver Anexos). A continuación se
describirá con más detalle los protocolos de evaluación y el contenido de cada
una de las pruebas.
5.1.1. Protocolos de evaluación
Los protocolos desarrollados por la SAE internacionalmente, sirven para la evaluación de diversos parámetros que definen el desempeño general de los vehículos. Los protocolos seleccionados para la evaluación de los vehículos permiten determinar los aspectos necesarios para cuantificar cada tipo de desempeño de manera sencilla, precisa, y confiable. A continuación se presentará una tabla la cual condensa los protocolos internacionales que regulan las pruebas de carretera en vehículos automotores.
Tabla 1. Protocolos seleccionados para la determinación del efecto de la altitud en el desempeño del vehículo.
Nombre de la prueba Norma Desempeño
Medida de la aceleración del vehículo SAE J1491 Mecánico
Deceleración natural de un vehículo SAE J1263 Mecánico
En el caso del desempeño energético, dichas pruebas no están regidas en el momento por ningún protocolo de evaluación formal, la prueba que mide este desempeño será descrita a continuación.
5.1.2. Pruebas a realizar
5.1.2.1. Desempeño mecánico
Este tipo de desempeño se entiende como todo lo referente a las partes que afectan el movimiento del vehículo evaluado. Las partes de
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importancia involucradas son el motor, el sistema de combustible y la transmisión.
Mediante estas pruebas, se desea conocer el comportamiento del vehículo en cuanto a su capacidad de aceleración, pérdidas de potencia, ciclo de trabajo del sistema de refrigeración y temperatura de operación del motor. Las pruebas que se llevarán a cabo son las propuestas por (García, 2013) las cuales consisten en pruebas de aceleración y pruebas de deceleración natural.
5.1.2.1.1. Prueba de aceleración
Esta prueba se lleva a cabo acelerando el vehículo con el pedal a fondo hasta una distancia o velocidad de referencia, realizando los cambios de marcha acorde a lo recomendado por el fabricante.
Para estas pruebas se selecciona como referencia para los tiempos de aceleración, el tiempo requerido para alcanzar la velocidad de 80 km/h, la cual corresponde a la velocidad máxima en carreteras nacionales y departamentales en Colombia. (García, 2013)
5.1.2.1.2. Pruebas de deceleración natural
Básicamente, la prueba consiste en llevar el auto de prueba a una velocidad 5 km/h superior a la definida para el inicio de la deceleración, luego se desacopla el motor del tren motriz ubicando la marcha en “neutro” y con esto se permite que el vehículo desacelere solamente por el efecto de las cargas de la carretera. Durante esta prueba se mide también la velocidad del viento para determinar si se encuentra en el rango de velocidades permitido por la norma. Para este proyecto se realizaron 3 pares de pruebas, que consistieron de velocidades correspondientes a: 60, 50 y 40 km/h.
5.1.2.2. Desempeño energético
La evaluación de este desempeño consiste en la determinación del consumo de combustible de un vehículo al recorrer una distancia, bajo cierta condición de operación. Este consumo está afectado principalmente por las condiciones atmosféricas, las paradas, las aceleraciones y la velocidad promedio del vehículo.
5.1.2.2.1. Consumo de combustible
En esta prueba se determina el consumo efectivo de combustible junto con la potencia y el par desarrollado por el vehículo para una velocidad angular constante durante un minuto. Ésta prueba se realiza junto con los dinamómetros y se tiene una condición
11
estacionaria en dicha prueba al realizarla cada 500 RPM. Las velocidades angulares de prueba son 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000. Por otra parte se realizaron pruebas en condición transitoria, pero estas no hacen parte del cuerpo del documento. (Ver Anexos)
5.2. Equipos e instrumentación
Los protocolos utilizados cuentan con unas características específicas en lo que
a instrumentos respecta, (Matallana, 2009) describe en su proyecto de grado
acerca de estas características y los posibles instrumentos a utilizar, como
también (García, 2013) lo hace más recientemente con los instrumentos con los
cuales cuenta la Universidad de Los Andes.
5.2.1. Medición de posición, velocidad, aceleración y tiempo
El equipo a utilizar es el VBOX III 100 Hz GPS Logger, es un instrumento
especial para la medición de estas variables, es fabricado por la empresa
Racelogic y utiliza la tecnología GPS para su funcionamiento. Otra
característica interesante de este equipo es que se puede utilizar en
diferentes configuraciones, donde se puede modificar el tipo de antena
para la comunicación con los satélites y la utilización de otros sistemas
periféricos a través de los cuales se puede mejorar la precisión de las
mediciones o ampliar el espectro de variables a medir. El sistema de
adquisición de datos se basa en el uso de una tarjeta flash.
Tabla 2. Especificaciones GPS de alta resolución.
Medida Precisión
Distancia ± 0.05% lectura
Velocidad ± 0.1 km/h
Altura ± 6 m
Fig. 5 Equipo VBOX utilizado para las mediciones dinámicas sobre el vehículo. Imagen tomada de http://racelogic.files.wordpress.com/2009/03/vbox-3i.jpg
12
5.2.2. Medición de flujo de combustible
Para esta medición se utiliza el flujómetro de combustible DFL-3x-5bar Corrsys-Datron, este dispositivo de desplazamiento positivo está diseñado para trabajar con gasolina, biocombustibles y diésel. El sistema está integrado por dos unidades, el sensor de consumo y la unidad intercambiadora de calor para uso en sistemas con línea de retorno. También cuenta con el regulador de presión integrado al sistema, mediante el cual se garantiza que el sistema de alimentación en el cual se instala sigue funcionando con la misma presión antes y después de la instalación. Sus características más relevantes se presentan a continuación.
Tabla 3. Especificaciones flujómetro de combustible DFL 3x-5 bar de Corrsys – Datron.
Rango Precisión
Volumen [L] - ± 0.5%*
Flujo [L/h] 0-250 -
Temperatura [ºC] -20 – 75 ± 1.5
Presión [MPa] 0 – 0.6 ± 0.25%
* en el rango de 1 – 50 L/h.
Fig. 6 Flujómetro de combustible. Imagen tomada de http://www.corrsys-datron.com/Assets/Images/photos/130_DF1_complete.jpg
Respecto a la adquisición de la señal generada por el flujómetro de combustible, según (García, 2013) se debe realizar de manera analógica la adquisición generada por el transductor, ya que de esta manera se requieren menores modificaciones al sistema de adquisición utilizado en las pruebas de carretera y la verificación de los valores adquiridos se logra de una manera más directa.
5.2.3. Medición de Potencia y Momento par
Esta medición se lleva a cabo con el uso de un par de dinamómetros de eje-cubo DYNOmite TM Axle-Hub Dynamometer de Land & Sea. Dichos dinamómetros son ensamblados a las campanas del eje de tracción del vehículo de prueba. De estos se puede obtener la potencia mecánica útil en el eje, considerando la totalidad del tren de potencia.
13
Fig. 7 Dinamómetros de eje. Imagenes tomadas de http://www.land-and-sea.com/axle-hub_dyno/axle-hub-dyno.htm
5.2.4. Condiciones ambientales
Para medir la velocidad del viento, la temperatura ambiente y la humedad relativa se utiliza el termo – anemómetro EXTECH 45158. Entre sus características se encuentran las siguientes.
Tabla 4. Especificaciones termo – anemómetro EXTECH 45158
Rango Precisión
Velocidad del viento [m/s] 0.5 – 28 ± 3% lectura + 0.2
Temperatura [ºC] -18-+50 ± 1
Humedad relativa [%] 10 – 95 ± 4
Fig. 8 Termo-anemómetro EXTECH 45158. Imagen tomada de http://www.tester.co.uk/media/catalog/product/cache/2/image/0e2d86ceb912cb34ce62b29ae5750017/E/x/Extech-45158-Mini-Thermo-Anemometer-with-Humidity-1.jpg
Respecto a la presión atmosférica en cada una de las condiciones para realizar las pruebas, se utiliza un barómetro portátil, el cual cuenta con las características descritas posteriormente.
Tabla 5. Especificaciones barómetro portátil.
Rango Precisión
Presión [kPa] 30 – 110 ± 1
Temperatura [ºC] -10-+60 ± 1
Altura [msnm] -700-+9000 ± 2
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Fig. 9 Barómetro OEM DA2018. Imagen tomada de http://es.aliexpress.com/item/Digital-Altimeter-6-in-1-Multifunction-Barometer-Compass-Thermometer-Weather-forecast-Time/472136517.html
6. Procedimiento experimental
En esta parte se introducirá todo lo relacionado al desarrollo de las pruebas de carretera y dinamométricas, principalmente la elaboración de protocolos de prueba, la verificación del funcionamiento de los equipos principalmente el flujómetro de combustible, la medición de la pendiente de carretera y las pruebas definitivas llevadas a cabo.
6.1. Elaboración de protocolos de prueba
El paso anterior para lograr los objetivos específicos es la elaboración de protocolos de prueba basados en estándares internacionales. Primero se definieron las pruebas de carretera a realizar. Posteriormente, se buscaron normas que estandarizaran este tipo de pruebas, basada en la consulta realizada por (García L. A., 2013). Estas fueron únicamente para las pruebas de carretera debido a que la prueba dinamométrica realizada para la medición de consumo efectivo de combustible, en el eje es la primera vez que se realiza en la Universidad de Los Andes, para la obtención de potencia y momento par mediante pruebas dinamométricas se tienen los antecedentes elaborados por (García L. A., 2013) y posteriormente (Steffens, 2014) quien se dedicó explícitamente a evaluar el desempeño mecánico mediante el uso de dinamómetros. Las normas utilizadas son las que se especifican en la Tabla 1. En dichos protocolos se especifican las características con las cuales deben cumplir la instrumentación utilizada, las características del vehículo de prueba, condiciones de prueba, el alistamiento previo del vehículo, el procedimiento de prueba, junto con la verificación y obtención de los datos. Adicional a los protocolos se encuentran las listas de verificación y secuencia que siguen los pasos al momento de realizar la prueba.
6.2. Verificación de funcionamiento de equipos
Antes de realizar las pruebas, fue necesario verificar el estado en el cual se encontraban los equipos como también su correcto funcionamiento, se hicieron pruebas en todos los equipos principalmente en el VBOX III 100 Hz GPS Logger y el flujómetro DFL-3x-5bar Corrsys-Datron, esto debido a que el VBOX es un dispositivo que se maneja mediante un sistema de triangulación satelital, tiene que estar en un espacio abierto sin presencia de árboles que interfieran con la señal. También, en el caso del flujómetro
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hay que tener en cuenta dos parámetros que se comentarán a continuación.
6.2.1. Verificación de funcionamiento - flujómetro DFL-3x-5bar Corrsys-
Datron.
Según el manual de usuario del flujómetro DFL-3x-5bar Corrsys-Datron éste debe funcionar en un rango de operación de presión de combustible entre 0-5 bar como también en un rango de caudal de 0-250 L/h. Para el rango de operación de presión de combustible se hizo uso de un manómetro incluido en el equipo, éste instalado en el vehículo de prueba da un valor dentro del rango permitido por lo que tiene un correcto funcionamiento por presión, el valor estuvo por debajo de los 3 bares de presión según lo indicado por el manómetro.
Fig. 10 Manómetro medidor de presión de combustible
Por flujo de combustible, el caudal con línea de retorno es muy bajo con relación al máximo expuesto en el manual del fabricante, por lo que es necesario observar lo que sucede sin línea de retorno. En este montaje se utilizó una bomba de gasolina con el fin de realizar un montaje en el cual no interviniera la línea de retorno, el procedimiento para llevar esta prueba es similar a como si el flujómetro estuviese instalado en un vehículo. El resultado fue de 137.1 L/h, el cual está dentro del rango expuesto en el manual del fabricante.
Fig. 11 Montaje verificación del funcionamiento del flujómetro
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6.3. Medición de pendiente en carretera
Una de las características que influyen en el desarrollo de las pruebas de carretera es la pendiente del tramo de prueba, tanto para la prueba de aceleración como para la prueba de aceleración natural lo que constituye una resistencia más a vencer por parte del vehículo. Para medir la pendiente se utilizó un nivel de construcción, éste se ubicó sobre varios puntos en los tramos de prueba en donde se observa que la burbuja de nivel primero que todo se encuentre en esta región, luego la burbuja se lleva a los extremos dentro de la región de nivel subiendo cada punta del nivel a una altura que posteriormente se mide, luego se promedian estas alturas y se divide el promedio por la longitud total del nivel, esto multiplicado por 100 da el valor de la pendiente en ese punto. Para obtener los valores se parte del concepto de pendiente utilizando un triángulo rectángulo, ésta se obtiene utilizando la siguiente ecuación
𝑚 =𝑦
𝑥 (1)
En donde m corresponde a la pendiente, y a la altura a la cual se sube el nivel y x a la longitud del nivel.
Fig. 12 Ilustración triangulo rectángulo para el cálculo de pendiente
Fig. 13 Imágenes medición de pendiente
Previamente a la medición en carretera, se realiza una prueba sencilla con la cual se quiere ver cuál es la pendiente máxima que se puede medir utilizando el nivel de prueba. Para esto se ubica el nivel horizontalmente sobre una superficie lisa en la cual la burbuja de nivel esté en uno de los extremos de la región de nivel, éste se toma como el punto cero de nivel, para observar el máximo se eleva el nivel hasta que la burbuja ocupe el
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otro extremo de la región de nivel, esta altura es medida y corresponde a 1.68% por lo que este método experimental no sirve para medir pendientes mayores a este valor.
Fig. 14 Posición horizontal del nivel
Fig. 15 Posición máxima de altura del nivel
El error asociado a cada una de las mediciones tomadas con el nivel se calcula mediante la fórmula general para la propagación del error de la siguiente manera:
𝛿𝑚 = √(𝜕𝑚
𝜕𝑦∆𝑦)
2
+ (𝜕𝑚
𝜕𝑥∆𝑥)
2
(2)
La siguiente tabla, muestra los resultados de la medición en los dos tramos de prueba.
Tabla 3 Resultados medición de pendiente
Distancia
(m)
Villavicencio
(Ida) (%)
Villavicencio
(Regreso)
(%)
Distancia
(m)
Bogotá
(ida)
(%)
0 1.21 0 0.49
50 1.40 0.93 40 0.62
100 0.97 0.99 90 0.66
150 0.91 0.57 150 0.60
200 0.89 0.98 210 0.61
250 0.86 1.62 260 0.59
300 0.86 0.43 310 0.58
325 0.98 0.89
�̅� (%) 1.01 0.92 �̅� (%) 0.59
𝜹𝒎(%) 0.22 0.22 𝜹𝒎(%) 0.22
Según las normas SAE empleadas para el diseño de los protocolos de prueba, la pendiente máxima permitida es de 0.5%, en el caso de los protocolos se fue más flexible colocándose un 2% de pendiente.
18
6.4. Pruebas definitivas – Carretera
Las pruebas que se llevaron a cabo fueron tres en dos ciudades con altitudes y condiciones atmosféricas diferentes. Éstas se realizaron basadas en las normas y protocolos de pruebas elaborados que fueron diseñados para estas pruebas. Las pruebas en ambas ciudades se realizaron de la misma manera con el fin de que no hubiera variaciones en lo establecido en los protocolos de prueba.
6.4.1. Sitio de prueba de alta altitud, Bogotá D.C. (2600 m.s.n.m.)
Fig. 16 Tramo de prueba Bogotá D.C.
El sitio de prueba de alta altitud se encuentra ubicado sobre la carrera 60 entre calles 53 y 63, como se observó anteriormente, la pendiente de este tramo es de 0.59% por lo que está dentro del rango de pendiente que se tomó en el protocolo, ésta es una vía urbana un poco concurrida en el día pero entre las 4:00 a.m. y 5:00 a.m. es muy buen escenario para llevar a cabo las pruebas de carretera. La longitud del tramo de prueba es cercana a los 700 m.
6.4.2. Sitio de prueba de baja altitud, Villavicencio - Meta (392 m.s.n.m.)
Fig. 17 Imágenes tramo de prueba Villavicencio
La prueba en Villavicencio se realizó sobre la avenida Catama, la pendiente a
ambos lados del tramo difiere, pero está dentro del rango permitido según el
19
protocolo, en este tramo se pueden llevar a cabo las pruebas en cualquier
momento del día siempre que no haya mucho tráfico o alguna acción que
coloque en riesgo la integridad de las personas. El tramo de prueba tiene una
longitud aproximada de 450 m.
6.5. Pruebas definitivas – Dinamométricas
Esta prueba se realizó de dos maneras, una en condición estacionaria punto por
punto obteniendo potencia y momento par en el eje y consumo efectivo de
combustible, como el cociente entre el flujo másico obtenido desde el caudal
adquirido por el flujómetro y la potencia obtenida. La otra prueba se realizó en
condición transitoria con un barrido desde 1500 hasta 5000 RPM. La que se
describe en este proyecto de grado fue la realizada en condición estacionaria.
Estas pruebas definitivas estuvieron asistidas por el grupo de dinámica vehicular
de la Universidad de Los Andes dirigido por el profesor Luis Muñoz y conformado
por: Sergio Roa, Gabriel Steffens, Juan Camilo Sierra, Jorge Gómez y Natalia
Rincón.
Fig. 18 Montaje pruebas dinamométricas y consumo Bogotá D.C. (2600 m.s.n.m.)
Al igual que las pruebas de carretera, estas pruebas también se llevaron a cabo
en dos altitudes diferentes, en la ciudad de Bogotá D.C. en el laboratorio de
dinámica vehicular de la Universidad de Los Andes y en la ciudad de Villavicencio
Meta en las instalaciones de un taller de servicio automotriz ubicado en el barrio
El estero. Dichas pruebas se realizaron de igual manera en ambas altitudes con
el fin de evitar errores adicionales y variaciones durante las pruebas. Para
observar las condiciones atmosféricas durante estas pruebas Ver tabla 4.
Fig. 19 Montaje pruebas dinamométricas y consumo Villavicencio Meta (392 m.s.n.m.)
20
7. Procesamiento de datos
A continuación se describirá el proceso de obtención de datos junto con su
respectivo procesamiento. En el caso de las pruebas de carretera, tanto para
aceleración como para desaceleración natural los datos se adquirieron mediante
la tarjeta flash del VBOX, estos datos fueron procesados en Microsoft Excel de
tal manera que quedaran las columnas correspondientes a tiempo (s), velocidad
(km/h) y distancia (m) y posteriormente se cargaron en MATLAB para aplicar el
filtrado correspondiente.
En el caso de la toma de datos de la prueba de consumo de combustible
mediante el uso de dinamómetros y flujómetro, se utilizó una tarjeta de
adquisición de datos BNC de National Instruments ya que el flujómetro dentro de
su software no cuenta con la adquisición de datos, esta acción se logró con
ayuda del software LABVIEW.
Por otra parte, los dinamómetros cuentan con su propio sistema de adquisición
de datos, el inconveniente se tuvo al momento de realizar las pruebas de
condición transitoria de consumo de combustible (Ver Anexos) ya que no había
un sistema que uniera tanto al flujómetro como a los dinamómetros en la toma
de datos, lo cual pudo ser una fuente de error y conllevó a que dichos datos no
se incluyeran en el cuerpo de este documento.
7.1. Prueba de aceleración
Basado en la norma SAE J1491 (Society of Automotive Engineering, 2006), hay
un tiempo de respuesta el cual se debe tener en cuenta para iniciar la toma de
datos, dicha norma sugiere que este sea cuando el vehículo haya recorrido 1 ft
(0.3048 m) de distancia. Luego de realizar un determinado número de pruebas
(como mínimo 3) de aceleración, estos resultados deben encontrarse por debajo
del 3% que es el límite máximo que se establece en el coeficiente de variación.
Dicho coeficiente se calcula de la siguiente manera:
𝑪. 𝑽.=𝑺.𝑫.
�̅�∗ 𝟏𝟎𝟎% < 𝟑% (𝟑)
En donde S.D. hace referencia a la desviación estándar del par de pruebas, y �̅�
a la media de las pruebas individuales. En el caso de que la prueba no se
encuentre dentro de lo establecido por la ecuación (3) se deshecha. El parámetro
empleado para el cálculo de este coeficiente fue el tiempo final.
En MATLAB se creó un programa que primero recortara el tiempo de respuesta
de la señal, posteriormente filtrara ésta y corrigiera el tiempo del inicio de la
prueba. Al final, estos datos son exportados en Excel con el fin de realizar una
gráfica conjunta de la prueba de aceleración y la obtención de los parámetros de
interés que serán mostrados más adelante.
21
7.2. Prueba de desaceleración natural
Para esta prueba se tomaron los datos correspondientes a la desaceleración
natural con velocidades de inicio de 60-50-40 km/h. Los datos fueron adquiridos
desde el VBOX mediante una tarjeta flash, al igual que los datos de aceleración
natural, primero fueron exportados a Microsoft Excel para colocarlos en la
disposición descrita anteriormente, luego son exportados a MATLAB donde se
les aplica un filtro, luego mediante el uso de un script en este software se da
solución al siguiente modelo de ecuaciones desarrollado por (García L. A., 2013)
con el fin de obtener el coeficiente de arrastre Cd y de rodadura fr del vehículo
utilizado para las pruebas, y con esto comparar la influencia de las condiciones
atmosféricas en las cargas aerodinámicas presentes en el vehículo.
Para minimizar el efecto que tiene el arrastre del viento, las pruebas se realizan
en ambas direcciones del tramo de prueba, cabe recordar que la pendiente
también tiene un efecto por lo que no puede superar el 2% establecido en los
protocolos de prueba. Cumpliéndose lo de la pendiente, y también que la
velocidad máxima del viento sea menor a 16 km/h, se hace uso del siguiente
modelo que desprecia el efecto de la pendiente y de la velocidad del viento.
𝑀𝑣
𝑑𝑣
𝑑𝑡= −𝑓𝑟𝑀𝑔 −
1
2𝜌𝐶𝐷𝐴𝑣2 (𝟒)
De (4) se observa que se puede obtener un sistema matricial de la siguiente
manera:
𝐴�⃗� = �⃗⃗� (𝟓)
Entonces, partiendo de (5) las matrices para A, x y b y de la definición de masa
equivalente (me=1.03m) elaborada por la norma seguida, x se soluciona de la
siguiente manera:
𝐴 =
[ −𝑀𝑒𝑞𝑔 −
1
2𝜌𝐴𝑣1
2
⋮ ⋮
−𝑀𝑒𝑞𝑔 −1
2𝜌𝐴𝑣𝑛
2]
; �⃗� = [𝑓𝑟𝐶𝑑
] ; �⃗⃗� = [
𝑀𝑒𝑞𝑎1
⋮𝑀𝑒𝑞𝑎𝑛
] (𝟔)
Por propiedades del algebra lineal, se soluciona (5) como:
�⃗� = (𝐴𝑇 ∙ 𝐴)−1(𝐴𝑇 ∙ �⃗⃗�) (𝟕)
Con los datos de velocidad obtenidos durante las pruebas de desaceleración se
realiza el cálculo de la aceleración como se muestra a continuación:
𝑎𝑛 =𝑑𝑣
𝑑𝑡≈
∆𝑣
∆𝑡 (𝟖)
Para el cálculo de la densidad se hace uso de la siguiente ecuación empleada
por (García L. A., 2013).
22
𝜌 = 1.2929273.13
𝑇 + 273.13∗
𝐴𝑃 − (𝑆𝑉𝑃 ∗ 𝑅𝐻)
760 (9)
De (9) se observa que T es la temperatura medida en grados Celsius, AP la
presión atmosférica en milímetros de mercurio, SVP la presión de saturación de
vapor y RH la humedad relativa, todos estos datos se calcularon empleando los
instrumentos descritos en la sección 5.2.4.
A partir de la señal filtrada, se obtiene la aceleración la cual se reemplaza en �⃗⃗�
en la ecuación 6, y según la ecuación 7, se obtiene los valores para 𝐶𝑑 y 𝑓𝑟, que
son los que se quieren comparar en los dos sitios de pruebas.
7.3. Prueba de consumo de combustible
Con los dinamómetros se obtuvo la potencia y el momento par en el eje durante
la revolución a estudiar durante un minuto, estos equipos cuentan con su propio
sistema de adquisición de datos, dichos datos fueron exportados a Excel y fueron
promediados. Por otra parte, el flujómetro de combustible es conectado a una
tarjeta de adquisición de datos y son obtenidos usando el software LABVIEW,
luego del minuto de prueba se exportan a Microsoft Excel donde son
promediados estos datos. Ya teniendo todos los datos, se calcula el flujo másico
de combustible como:
�̇� = 𝑄𝜌 (10)
Luego, se calcula el Consumo Efectivo de Combustible (C.E.C.) el cual viene
dado como el cociente entre el flujo másico y la potencia y las unidades son de
[g/MJ].
Para el caso transitorio, no hay un sistema que adquiera los datos al tiempo lo
cual puede generar error en los datos adquiridos, también la señal del flujómetro
viene con una gran cantidad de ruido por lo que es necesario filtrar esta señal,
luego del filtrado y de la corrección de la frecuencia con la que se adquieren los
datos (Dinamómetros: 200 Hz – Flujómetro: 1000 Hz) se calcula el flujo másico
y el C.E.C. Por último se grafican los datos para comparar tanto las condiciones
estacionaria y transitoria, o la diferencia entre los datos obtenidos en ambos
sitios de prueba.
7.4. Manejo de señales
Para el filtrado de las señales de aceleración y desaceleración natural se utilizó
un filtro Savitzky-Golay el cual se encarga de suavizar los datos obtenidos.
Según (García L. A., 2013) este filtro es el que mejor se ajusta a las
características de la señal y está basado en una regresión polinomial de grado k
con por lo menos k+1 uniformemente separados para así determinar el nuevo
valor de cada punto, creando una serie de datos similar a la original pero más
suave.
En la condición estacionaria en la prueba de consumo de combustible no se
utilizó filtro, mientras que para la condición transitoria se utilizó un filtro pasa
23
bajas butterworth en MATLAB, los parámetros de entrada para este filtro fueron
los datos adquiridos, se utilizó un orden 4 y una frecuencia de corte de 1 Hz
debido a la cantidad de ruido encontrado (Ver Anexos). Sin embargo, dicho filtro
no fue suficiente debido al comportamiento desordenado de la señal de C.E.C.
obtenida.
8. Análisis de resultados
A continuación se mostrarán los resultados obtenidos en las diferentes pruebas
realizadas. La tabla que se mostrará a continuación muestra las características
ambientales en las cuales se llevaron a cabo las pruebas de consumo de
combustible.
Tabla 4 Características ambientales de sitios de prueba de consumo de combustible
Alta altitud Baja altitud
Características ambientales Bogotá D.C. Villavicencio
Altitud (m.s.n.m.) 2600 392
Temperatura de prueba (ºC) 25 34.2
Presión (kPa) 74.5 97.5
Humedad relativa (%) 30-40% 30-50%
Según la norma utilizada como referencia, la presión en Bogotá no está dentro
del rango que esta sugiere para llevar a cabo las pruebas de aceleración. No
obstante, en el protocolo de pruebas, el rango de presión fue ampliado con tal
de observar lo sucedido en todas las pruebas en Bogotá.
8.1. Prueba de aceleración
En la prueba de aceleración efectuada en Bogotá se obtuvieron los siguientes
resultados.
Gráfica 1 Superposición de los 5 pares de pruebas de aceleración
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 2 4 6 8 10 12 14
Vel
oci
dad
(km
/h)
Tiempo (s)
24
Tabla 5 Resultados prueba de aceleración Villavicencio
Par
prueba Prueba
T
(ºC)
P
(kPa)
HR
(%) t (s)
Distancia
(m)
Velocidad
del viento
(km/h)
t par
prom.
(s)
S.D.
par S.D./ �̅�
1 1 28.4 96.7 66.2 11.27 161.81 2.16
11.67 0.036 0.31% 2 28.4 96.7 66.2 12.07 174.31 2.16
2 3 28.5 96.7 65 11.02 158.68 3.60
11.60 0.002 0.01% 4 28.5 96.8 65 12.17 177.99 3.60
3 5 28.9 96.8 64.1 11.15 160.66 7.2
11.77 0.084 0.72% 6 28.9 96.8 64.1 12.38 180.34 7.2
4 7 28.5 96.8 67.3 11.01 158.27 2.52
11.57 0.016 0.14% 8 28.5 96.8 67.3 12.12 176.78 2.52
5 9 28.9 96.8 61.3 11.12 160.11 4.32
11.40 0.102 0.88% 10 28.9 96.8 61.3 11.67 169.15 4.32
�̅� 11.60
Como se observa en la Gráfica 1, los resultados de los 5 pares de pruebas de
aceleración mantienen una misma tendencia, esto también se evidencia en la
tabla 5 en la cual los coeficientes de variación de cada par de prueba están por
debajo del 3% recomendado por la norma, por lo que no hubo necesidad de
desechar ningún par de prueba.
Otro dato interesante que se puede observar de los resultados de la gráfica es
que en todos los pares de prueba el tiempo final mayor se consiguió en el tramo
de vuelta, según la medición de la pendiente la pendiente promedio de este es
menor en el tramo de vuelta, sin embargo en un punto del tramo tiene una
pendiente máxima de 1.62% lo cual pudo afectar los tiempos de la prueba.
8.2. Prueba de desaceleración natural
En esta prueba luego de dejar desacelerar libremente el vehículo siguiendo una
trayectoria recta sin intervención de la dirección o el freno durante la prueba se
obtuvieron los siguientes resultados:
Tabla 6 Resultados prueba de desaceleración natural Villavicencio
Par de
prueba
Prueba V de
prueba
(km/h)
T
(ºC)
P
(kPa)
HR
(%)
t (s) Distancia
(m)
Cd Fr
1 1 55-45 28.4 96.8 66.2 21.98 303.36 1.05 0.00
2 55-45 28.4 96.8 66.2 11.38 157.92 0.34 0.021
2 3 48-38 28.5 96.8 65 12.29 146.53 0.54 0.018
4 48-38 28.5 96.8 65 12.67 151.22 0.30 0.020
3 5 35-25 28.9 96.8 64.1 38.35 337.50 0.92 0.0029
6 35-25 28.9 96.8 64.1 15.35 127.53 0.74 0.015
Contrario a los datos de la prueba de aceleración, excepto por el segundo par de
prueba, los tiempos y las distancias mayores están dados en el sector de ida del
tramo de prueba. Sin embargo, dada la velocidad del viento los 3 pares de
pruebas son aceptados ya que no superan los 16 km/h recomendados en la
norma.
25
Por otra parte, se calcularon los coeficientes de arrastre y rodadura según la
ecuación 7 expresada con anterioridad. Estos están en el mismo orden de
magnitud de lo calculado por (García L. A., 2013) y por (García A. F., 2014),
contrario a esto los resultados obtenidos en el par de pruebas 1 y el par de
pruebas 3 tienen una diferencia de magnitud considerable en el cálculo del
coeficiente de rodadura por lo que se desechan estos dos pares de pruebas.
Dado que solo hay un par de pruebas para el cálculo de estos coeficientes, no
se pueden calcular con los datos obtenidos debido a que hacen falta muchos
más datos con el fin de desechar los que afecten el cálculo, y se deben tener en
cuenta como mínimo los resultados de 3 pares de pruebas. Al ser una prueba
cuyos resultados se ven afectados fácilmente, por temas logísticos es mejor
contar con un número bastante amplio de datos, con el fin de reducir el error en
este cálculo, como también para trabajos posteriores se sugiere una toma de
datos mucho mayor.
8.3. Prueba de consumo de combustible
En las siguientes gráficas se puede observar lo obtenido para potencia, momento
par y consumo efectivo de combustible en los dos sitios de prueba de
dinamómetros, bajo condición estacionaria.
Gráfica 2 Resultados de Potencia
0
10
20
30
40
50
60
70
0 1000 2000 3000 4000 5000
Potencia [kW]
Velocidad del motor [RPM]
Bogotá
Villavicencio
26
Gráfica 3 Resultados de Momento par
Como se puede observar en la gráfica 2, la potencia incrementa a bajas altitudes
con una pendiente mayor al incremento en altas altitudes, también en la gráfica
3 se observa como el momento par se comporta de manera similar tanto en bajas
y altas altitudes. Sin embargo, al incremento de la potencia incrementa también
el momento par, este incremento como se ve en la gráfica está bien definido y el
máximo ocurre a las mismas revoluciones en ambas pruebas.
Adicionalmente, debido a que por la presión atmosférica hay una mayor densidad
de aire a bajas alturas, el vehículo necesita presentar una mayor potencia para
vencer la resistencia aerodinámica como también dicha potencia incrementa al
haber una mayor cantidad de aire en el ambiente, por lo que se puede enriquecer
la mezcla aire gasolina con ayuda de los sensores reguladores del flujo de la
mezcla en el vehículo.
Gráfica 4 Resultados Consumo efectivo de combustible
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 1000 2000 3000 4000 5000
Par Motor [Nm]
Velocidad del motor [RPM]
Bogotá
Villavicencio
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
0 1000 2000 3000 4000 5000
C.E.C. [g/MJ]
Velocidad del motor [RPM]
Bogotá
Villavicencio
27
Al incrementar la densidad del aire, incrementa también la mezcla aire gasolina
en vehículos que cuentan con sistema de inyección. En el caso del consumo
efectivo de combustible sucede un fenómeno particular, puesto que tiene el
mismo comportamiento tanto a altas como a bajas altitudes, solo que a menores
revoluciones el consumo es mayor en bajas altitudes, a altas revoluciones se
consume más en altas altitudes. Esto se debe al comportamiento tanto en flujo
másico de combustible como en potencia ya que el consumo efectivo de
combustible viene dado como el cociente de estos dos parámetros mencionados
anteriormente. No obstante, en términos de caudal (ver Anexos) se presenta un
mayor consumo a bajas altitudes que en altas por las razones descritas.
Tabla 7 Comparación propiedades máximas prueba de consumo de combustible
Propiedades máximas
Bogotá Villavicencio Incremento Incremento porcentual - Villavicencio
Potencia [kW] 51.76 69.56 17.80 34.4%
Par [Nm] 106.60 135.19 28.58 26.81%
C.E.C. [g/MJ] 104.33 104.48 0.15 0.14%
Por último se observan las propiedades en su estado máximo y el incremento
que tiene cada una de estas con respecto a Villavicencio (baja altitud), el
parámetro que más incrementó porcentualmente fue la potencia obtenida
durante la prueba con un 34.4%, el par tuvo un incremento importante al
aumentar 26.81%, el consumo efectivo de combustible aumentó un 0.14%, pero
éste indicador no dice mucho dado al comportamiento que tiene dicho consumo
y que se analizó con anterioridad. De la tabla 7 se puede deducir que tanto el
desempeño mecánico en términos de potencia y momento par y el desempeño
energético como consumo de combustible es mayor a bajas altitudes que en
altas altitudes.
Conclusiones
Al desplazarse en un vehículo de un punto a otro donde involucre un cambio de
altitud, las propiedades mecánicas y energéticas del vehículo tienen variaciones
en su desempeño en general. El objetivo general se centró en observar el
desempeño mecánico y energético del vehículo en diversas altitudes observando
el efecto de las condiciones atmosféricas sobre el comportamiento de éste como
también cuantificar dichas condiciones.
Luego de desarrollar el presente proyecto de grado se puede concluir en los
siguientes aspectos:
A baja altitud, el vehículo presenta un mejor desempeño en términos de
potencia y momento par que a su vez están ligados a un mayor consumo
efectivo de combustible (Ver tabla 7), esto es según lo dicho por (Soares
& Sodré, 2002) que el parámetro que más afecta es la presión atmosférica
ya que trae consigo un incremento en la densidad del aire, esto para los
vehículos que traen sistema de inyección. Por consiguiente, también sería
28
interesante observar el efecto en vehículos de carburador sin la
modificación del mismo. Por otra parte cabe recordar que los vehículos
vienen diseñados para condiciones óptimas de operación en lugares
sobre el nivel del mar y no en sitios con altitudes elevadas, y por eso
presenta un mejor desempeño a bajas altitudes.
Con el diseño y elaboración de los protocolos de prueba se pretendía
obtener versiones mejoradas o al menos similares a lo obtenido en
proyectos de grado anteriores, dichos resultados fueron satisfactorios ya
que tanto para la prueba de aceleración como de desaceleración natural
los resultados estuvieron por los mismos ordenes de magnitud, lo cual
hace que los resultados obtenidos sean confiables. Sin embargo, estos
protocolos de pruebas de carretera pueden ser refinados aún más para
obtener mejores resultados, también, seguramente al aumentar el número
de pruebas la dispersión entre los datos disminuya por lo que se
recomienda aumentar el número de pares de pruebas principalmente en
la prueba de desaceleración natural la cual no se realizó de manera
adecuada y faltaron más pares de pruebas a una misma velocidad de
inicio y de final para establecer valores correctos de coeficientes de
arrastre y rodadura (Ver tabla 6).También, para esta prueba es necesario
ceñirse a lo explícito en las normas de referencia con el fin de obtener
datos coherentes.
La prueba de consumo de combustible en estado estacionario es una
buena aproximación a lo que ocurre en los puntos de interés, si bien, para
tener una mayor aproximación a lo que sucede en todo el rango de
revoluciones del motor a estudiar se logra con la condición transitoria, ya
que con esta condición se puede obtener información más exacta acerca
de los puntos máximos en los 3 parámetros obtenidos, como también se
puede describir mejor el consumo efectivo de combustible ya que con la
prueba en condición estacionaria no se puede observar un
comportamiento definido, excepto que a bajas revoluciones el consumo
es mayor en bajas altitudes y a altas revoluciones se consume más
combustible en altas altitudes.
29
Recomendaciones
Luego de obtener resultados confiables acordes a los proyectos de grado
anteriores, junto con los obtenidos mediante pruebas dinamométricas
especialmente lo obtenido por el flujómetro de combustible es necesario seguir
observando que sucede en diferentes altitudes, pero sobre todo refinar los
protocolos de prueba reduciendo el error presente en las mediciones para
obtener resultados más exactos con un mínimo error posible, con esto se hace
referencia a lo siguiente:
En primer lugar, hay que contar con un sistema de adquisición de datos conjunto
para los dinamómetros y el flujómetro, que empiecen y terminen al mismo
tiempo, y que también estén a la misma frecuencia de muestreo puesto que esto,
también genera un error en los datos principalmente en las pruebas de estado
transitorio, las cuales hubieran sido de vital importancia para la obtención de los
valores máximos especialmente en el consumo efectivo de combustible.
También, en este punto se debe estudiar un filtro para la señal de caudal que
logre reducir el ruido presente en la señal de la mejor manera y logre suavizarla
para que se vea de la mejor manera y la comparación con la señal obtenida en
la condición estacionaria sea lo mejor posible.
La pendiente debe ser medida de una mejor manera, ya que con el nivel de
construcción hay un error amplio y esto se debe al gran rango que maneja el
área de nivel. Para esto se sugiere el uso de inclinómetros más precisos, como
el DXL360S Digital Protractor el cual cuenta con una alta resolución de 0.01º al
medir la pendiente y una precisión de ± 0.05º lo que en porcentaje equivale a
0.02% y ± 0.09% respectivamente. Con esto, se puede seleccionar tramos de
prueba que presenten menores cambios de pendiente y estén por debajo del
0.5% sugerido por las normas SAE desde un principio.
En el caso de la obtención de los parámetros de los coeficientes de arrastre CD
y de rodadura fr, sería interesante primero, ver de qué manera el error puede ser
reducido y también en que difiere si se tiene en cuenta la pendiente del tramo de
prueba, y la velocidad y dirección del viento, ya que esto podría dar un valor más
confiable de dichos coeficientes, y también seguir lo indicado en proyectos
dedicados explícitamente al estudio de los coeficientes de rodadura y arrastre
como el de (García A. F., 2014).
30
Referencias
Gallego, J. F. (2014). Desarrollo de pruebas de carretera para caracterizar la
pérdida de potencia en motores de combustión interna de vehículos de
calle, debida al cambio en presión atmosférica. Universidad de Los Andes,
Bogotá D.C.
García, A. F. (2014). Comparación de metodos de análisis para la medición
experimental del coeficiente de arrastre y rodadura. Universidad de Los
Andes, Bogotá D.C.
García, L. A. (2011). Evaluación del desempeño mecánico y la eficiencia
energética de un vehículo todo terreno. Universidad de Los Andes, Bogotá
D.C:.
García, L. A. (2013). Efecto de la altura en el desempeño de un vehículo a
gasolina. Universidad de Los Andes, Bogotá D.C.
Matallana, L. G. (2009). Desarrollo de la instrumentación para pruebas de
desempeño mecánico en un vehículo automotor. Universidad de Los
Andes, Bogotá D.C.
Nakajima, K., Shinoda, K., & Onoda, K. (1969). Experiments on Effects of
Atmospheric Conditions on the Performance of an Automotive Gasoline
Engine. 745-766.
Sato, S., Yamamoto, T., Ogawa, Y., & Fukuro, N. (2009). Research on
Measurement Method of Road Gradient and Altitude by On-Road Driving.
SAE Int J. Fuels Lubr., 531-540.
Soares, S., & Sodré, J. R. (2002). Effects of atmospheric temperature and
pressure on the performance of a vehicle. Proceedings of the Institution of
Mechanical Engineers, 473-477.
Society of Automotive Engineering. (1996). Road Load Measurement and
dynamometer Simulation Using coastdown Techniques SAE J1263 V001.
Society of Automotive Engineering. (2006). Fuel Economy Measurement Road
Test Procedure SAE J1082 V003.
Society of Automotive Engineering. (2006). Vehicle acceleration measurement
SAE J1491 V003.
Steffens, G. (2014). Desempeño mecánico de un vehículo de combustión interna
s.i. mediante pruebas dinamométricas de potencia neta en la ciudad de
Bogotá (2600 m.s.n.m.). Universidad de Los Andes, Bogotá D.C.
31
Anexos
A1. Protocolos de prueba y listas de verificación para las pruebas
de carretera
A1.1. Prueba de aceleración 0-80 km/h
A1.1.1. Protocolo de medición de aceleración del vehículo en carretera
1. Alcance
Este protocolo de prueba busca proveer una medición repetible de la
respuesta de la aceleración para un vehículo con acelerador a fondo, con el
fin de observar las características más importantes de esta prueba de
desempeño mecánico
1.1. Objetivo
En esta práctica, se pretende desarrollar una prueba estandarizada a
partir de una norma internacional certificada que contenga la medición en
la respuesta del desempeño en la aceleración carro de pasajeros y
camiones de carga liviana.
2. Referencias
2.1. Publicaciones SAE
SAE J1491 07/06 Vehicle Acceleration Measurement
3. Instrumentación
Toda la instrumentación deberá estar calibrada. Tanto la precisión como la
resolución del instrumento son valores mínimos con los cuales debe contar
cada equipo.
3.1. Velocidad
Especificaciones para la medición de la velocidad del vehículo en función
del tiempo transcurrido.
a. Tiempo
1. Precisión ± 0.1 s
2. Resolución 0.1 s
b. Velocidad del vehículo
1. Precisión ± 0.8 km/h (±0.50 mph)
2. Resolución 0.4 km/h (0.25 mph)
32
3.2. Distancia
1. Precisión ± 5 mm
2. Resolución 12.5 mm
3.3. Temperatura
Los dispositivos de medición de temperatura ambiente deben tener una
resolución de 1 ºC (2 ºF)
El valor de temperatura se registra antes del inicio de cada prueba. Esto
con el fin de observar su efecto en el comportamiento del vehículo durante
la prueba
3.4. Presión atmosférica
Un barómetro con una precisión de ± 0.7 kPa (± 0.2 in Hg)
El valor de presión atmosférica se registra antes del inicio de cada prueba.
Esto con el fin de observar su efecto en el comportamiento del vehículo
durante la prueba
3.5. Viento
La velocidad del viento y la dirección de este durante la prueba deberán
ser monitoreadas continuamente. Las mediciones del viento deberán
permitir la determinación del promedio longitudinal y las componentes de
viento cruzado en ± 2 km/h (± 1 mph).
3.6. Peso del vehículo
El vehículo deberá ser medido para una precisión de ± 5 kg (± 10 lb) por
eje.
3.7. Presión de las llantas
Deberá ser medida para una precisión de ± 7 kPa (± 1 psi)
4. Material de prueba
4.1. Vehículo de prueba
El vehículo de prueba a utilizar, por lo general es un vehículo fabricado
en una producción estándar; accesorios que no son estándar del vehículo
tales como: parrillas, espejos opcionales, luces anti niebla, spoilers, eje
trasero opcional, etc. La masa del vehículo se calculará para propósitos
de la prueba y se grabará.
En vehículos de transmisión automática esta se debe encontrar en modo
“sport” o “power”.
33
5. Condiciones de prueba
5.1. Condiciones ambientales
Según lo especificado en la referencia 2.1, las pruebas se deben llevar a
cabo en lo posible en las siguientes condiciones estándar:
Condición
estándar
Corrección
sugerida dentro del
rango
Rango de
prueba
Temperatura
ambiente
20 ºC
(68 ºF)
15 – 25 ºC
(59-77 ºF)
-1.0 y 32 ºC
(30 y 90 ºF)
Presión
barométrica
(absoluta)
98.21 kPa
(29.0 in Hg)
98-100 kPa 65-105 kPa
Humedad relativa 50% 40 – 60 % <95%
5.2. Condiciones climatológicas adversas
Las pruebas no se pueden realizar durante condiciones de lluvia, neblina
y nieve.
5.3. Velocidad del viento
Las pruebas no se podrán realizar cuando las velocidades de viento
promedio sean mayores a 25 km/h, como también la velocidad pico no
debe superar los 32 km/h.
5.4. Características del tramo de prueba
La carretera o tramo de prueba debe estar seca, limpia, pavimentada y
no debe exceder 2% el grado de pendiente (cabe mencionar que este
parámetro puede afectar en gran manera los resultados de la prueba, por
lo que entre menor sea la pendiente mejor). Adicionalmente, la carretera
debe tener pendiente constante y debe ser recta. Para esta prueba, la
longitud del tramo de prueba debe tener al menos 1 km de longitud (en
lo posible es mejor demarcarlo).
5.5. Limitación de velocidad
El vehículo de prueba no debe superar la velocidad máxima permitida en
carretera, como tampoco interferir en el flujo de tráfico u operar de alguna
forma que pueda ser peligrosa. En el caso colombiano, la velocidad
máxima en carretera nacional es de 80 km/h.
34
6. Preparación del vehículo
6.1. Rodaje del vehículo
El vehículo debe tener al menos 1609 km (1000 millas) de operación o el
kilometraje necesario para asegurar que el desempeño del vehículo está
estabilizado como lo determina el fabricante. Las llantas deben tener al
menos 75% del labrado y este se debe encontrar en plenas condiciones.
Todas las llantas deben tener al menos 161 km (100 millas) de recorrido
antes de la prueba.
6.2. Lista de verificación del vehículo
El vehículo se debe encontrar en perfectas condiciones, para esto es
necesario tener una lista de verificación de las partes importantes del
vehículo, especialmente si el vehículo tiene problemas en el desempeño
en la aceleración.
6.3. Instrumentación
El dispositivo de medición de velocidad y tiempo y otro equipo necesario
de prueba deberá ser instalado, de tal manera que no interfiera o altere
las características de operación del vehículo.
6.4. Medidas de seguridad para el piloto y equipo de pruebas
Adicional a las características del tramo de prueba, el vehículo debe
encontrarse en perfecto estado mecánico principalmente el sistema de
frenos y el sistema de dirección, como también debe contar con cinturones
de seguridad y airbags preferiblemente y para mayor seguridad. Por otra
parte, debe contar con el equipo de carretera completo acorde a la ley
1344 de 1970 en donde sobre salen: Botiquín, extintor, señales en forma
de triángulo, entre otros.
6.5. Peso de prueba
El vehículo se debe pesar sin carga con el tanque de combustible con un
nivel mayor al 85% y los lubricantes en buen nivel y se le debe sumar 150
kg como margen para compensar el peso del piloto e instrumentación, el
material de lastre debe ser conocido por ejemplo: gravilla.
Adicionalmente, se debe conocer el peso de toda la instrumentación
requerida y del conductor del vehículo. Este lastre se utiliza con el fin de
estandarizar el peso del vehículo.
6.6. Presión de las llantas
La presión de las llantas en frío deberá ser tal como lo recomienda el
fabricante, dentro del rango sugerido.
35
6.7. Calentamiento del vehículo
El vehículo deberá ser conducido un mínimo de 30 min en una velocidad
promedio de 60 km/h ± 10 km/h anterior a la prueba. El tiempo entre el
final del calentamiento y el comienzo de la prueba no debe exceder 5
min.
7. Procedimiento de prueba
7.1. Prueba de aceleración 0 a 80 km/h
En esta prueba se desea medir el tiempo y la distancia que le toma al
vehículo desde el estado de reposo lograr una velocidad de 80 km/h con
acelerador a fondo. A continuación se describe paso a paso como se
deben realizar las pruebas:
7.1.1. Comentarios previos a la prueba
Para efectos de repetitividad en pruebas próximas, se
establece que el tanque de combustible se debe encontrar
totalmente lleno (como mínimo ¾ de tanque según el
medidor de combustible).
Las puertas, ventanas, capó y baúl del vehículo se deben
encontrar cerrados.
Objetos que no sean del vehículo en su estado original tales
como exploradoras, spoilers, entre otros, deben ser quitados
para que no intervengan en la aerodinámica de la prueba.
Cada par de pruebas se realiza en direcciones opuestas con
el fin de minimizar el efecto del arrastre del viento en la
prueba.
Si se presentan anomalías en alguna dirección, se debe
repetir esta prueba en ambas direcciones, e ignorar los
datos tomados previamente.
Verificar que se cuenta con la instrumentación requerida
según las especificaciones del numeral 3 del presente
protocolo, junto con los cables y conexiones necesarias.
Instalar los equipos de acuerdo a lo explícito en cada uno de
los manuales del equipo correspondiente.
Tener claridad acerca de las revoluciones a las cuales se
deben realizar los cambios en la transmisión manual. Para
esto, revisar el manual de fabricación del vehículo o alguna
fuente confiable que precise las revoluciones adecuadas a
las cuales se deben realizar los cambios. Por lo general,
para vehículos con tacómetro se recomienda que los
cambios se realicen en la región de revoluciones, tal que no
se ingrese a la zona roja del tacómetro (Para este protocolo
las revoluciones seleccionadas para realizar el cambio son
de 4000 rpm).
36
Antes del inicio de cada prueba, registrar los datos de
temperatura, presión absoluta y humedad relativa, para
luego analizar su efecto en el desempeño del vehículo
durante la prueba.
La prueba se debe llevar a cabo de tal manera que no
interfiera con el tráfico vehicular del tramo de prueba o que
llegue a ocasionar algún accidente, para esto es necesario
conocer las horas de alto tráfico vehicular del tramo para no
realizar las pruebas en estas horas.
El vehículo durante el instante de la prueba debe conservar
su carril y no hacer cambio de este, no debe haber
movimiento en el sistema de dirección ya que la pista debe
ser recta.
Importante: Recordar y tener claras las condiciones de
prueba (Ver sección 5). No olvidar que la pista debe estar
totalmente seca, esto con el fin de no girar la dirección para
esquivar algún charco o elemento que afecte la realización
de la prueba.
7.1.2. Verificación a la instrumentación
Verificar que las conexiones de instrumentación se hayan
realizado de manera adecuada.
Verificar el funcionamiento de cada instrumento haciendo una
lectura de los datos que está tomando.
Verificar los parámetros tales como constantes y multiplicadores
que están configurados en el equipo y que se necesitarán para
configurar el sistema de adquisición de datos.
Registrar las constantes del ítem anterior.
7.1.3. Reconocimiento de la pista (Prueba preliminar)
Ubicarse en un extremo de la pista o tramo de pruebas.
Empezar a registrar datos.
Recorrer la pista en su totalidad, preferiblemente a velocidad
constante (menor a 80 km/h).
Al llegar al otro extremo, de un giro de 180º y recorra la pista
o tramo en sentido contrario.
Detener el registro de datos.
7.1.4. Ejecución de pruebas: Aceleración 0 a 80 km/h
1) Ubicarse en el extremo de la pista.
2) Registrar las condiciones ambientales (presión atmosférica,
temperatura y humedad relativa).
37
3) El tiempo cero se define como 1 ft (0.3048 m) después de la
puesta en marcha del vehículo. En este momento se inicia el
registro de datos.
4) Presionar el acelerador a fondo hasta que el vehículo alcance
una velocidad superior a la velocidad máxima que se pretende
medir en la prueba (80 km/h). Después de llegar a una
velocidad de 85 km/h, desacelere. En este punto luego de
configurar el software se detiene la toma de datos.
5) Ubicarse en el extremo opuesto de la pista y realizar la prueba
en dirección opuesta, repitiendo los pasos anteriores
6) Realizar nuevamente el procedimiento del paso 1 al paso 6
hasta alcanzar un mínimo de 5 pares de datos, con el fin de
desechar 2 pares en el caso de que sus resultados hayan sido
incoherentes, cabe aclarar que según la referencia 2.1 al
menos se debe contar con 3 pares de pruebas.
7) Verificar que los datos registrados se encuentren en el mínimo
de precisión estadística encontrada en la norma SAE J1491
(En este protocolo, ver sección 8.2).
8. Verificación de datos obtenidos
8.1. Presentación de datos
8.1.1. Vehículo y descripción de la prueba
En la lista de verificación y secuencia – Prueba de aceleración, se
debe incluir en lo posible la descripción de los siguientes sistemas:
Vehículo (incluyendo fabricante, modelo, año, kilometraje, número de
chasis (VIN), peso, equipo opcional) motor, transmisión, llantas y
presión de las llantas, frenos, y tipo de combustible.
8.1.2. Gráficas
Se deben presentar gráficas continuas de lo siguiente: Velocidad vs
tiempo, tiempo vs distancia, u otra(s) que se considere(n)
apropiada(s).
8.2. Aceptabilidad de los datos obtenidos
8.2.1. Variabilidad de datos
Según lo sugerido en la referencia 2.1 se presenta un criterio para la
aceptabilidad de datos obtenidos debido a los efectos impredecibles
del viento en el desempeño del vehículo.
El coeficiente de variación (Desviación estándar de los pares de
pruebas)/media de las pruebas individuales no deberá ser más
grande que el 3%.
38
El cálculo de la media se presenta en la ecuación 1
�̅� =∑ 𝑥𝑖
𝑛𝑖
𝑛 (1)
La desviación estándar se presenta en la ecuación 2
𝑆. 𝐷.= √∑ (�̅�𝑛
𝑖 −𝑥𝑖)2
𝑛 − 1 (2)
8.2.2. Corrección de condiciones climáticas
En la lista de verificación y secuencia – Prueba de aceleración se
deben incluir las siguientes variables: Temperatura, humedad,
presión barométrica, velocidad y dirección del viento. Las
correcciones no son necesarias para temperatura, presión y
humedad si se encuentran dentro de las tolerancias especificadas
en la sección 5.1.
8.2.3. Otros factores que afectan los resultados
Entre otras variables que pueden llegar a afectar los resultados se
encuentran las siguientes:
Efectos de condiciones ambientales sobre la presión y
temperatura de las llantas.
Coeficiente estático y dinámico del tramo de prueba.
Instrumentación no calibrada.
Diferentes conductores
Temperatura del tramo de prueba.
39
A1.1.2. Lista de verificación y secuencia – Prueba de aceleración
1. Instrumentación a utilizar
Instrumento Referencia
Gps de alta resolución VBOX III 100 Hz GPS Logger
Flujómetro de desplazamiento positivo
Corrsys – Datron DFL-3x-5bar
Sensor óptico de velocidad Corrsys Datron Correvit L-350 Aqua
Termo – anemómetro Extech 45158
Barómetro Control Company 4198
Batería Bosch S3 N200 HD 1800
Computador Dell 032571
Adquisición de datos Tarjeta de adquisición BNC National Instruments
Termómetro óptico Fluke 62
Multímetro Fluke 117 True RMS
2. Datos del vehículo de prueba
Vehículo o Marca: _______________________ o Modelo: ______________________ o Año: _________________________ o Kilometraje: ___________________ o Número de chasis: _____________ o Peso: ________________________ o Equipo opcional: ________________
______________________________
Motor: _____________________________
Transmisión: ________________________
Llantas (ref.):________________________
Presión de las llantas:_________________
Frenos: ____________________________
Tipo de combustible:__________________
3. Verificación estado mecánico del vehículo
4. Calentamiento del vehículo
5. Ejecución de pruebas
6. Datos obtenidos a partir de cada prueba
En la siguiente tabla, se colocarán los datos obtenidos en la prueba, como de las características ambientales que influyen en el desarrollo de las mismas, para el coeficiente de variabilidad se trabajará con los valores obtenidos del tiempo.
40
Par de
prueba
Prueba T
(ºC)
P
(kPa)
HR
(%)
t
(s)
Distancia
(m)
V
viento
(km/h)
t par
prom
(s)
S.D.
par
S.D./ �̅�
1 1
2
2 3
4
3 5
6
4 7
8
5 9
10
�̅�
41
A1.2. Prueba de desaceleración natural (60, 50, 40 km/h)
A1.2.1. Protocolo para pruebas de desaceleración natural del vehículo
en carretera
1. Alcance
Este protocolo cubre la medición de las cargas aerodinámicas en
carretera de un vehículo, nivel de carretera en velocidades menores a 113
km/h (70 mph).
a. Objetivo
Se busca mediante procedimientos de prueba la medición de las
cargas aerodinámicas en carretera en un vehículo como función de
la velocidad del vehículo, de tal manera que estas mediciones
puedan ser repetibles.
2. Referencias
a. Publicaciones SAE
SAE J1263 02/96 Road Load Measurement and Dynamometer
Simulation Using Coastdown Techniques
3. Definiciones
a. Peso de prueba
El vehículo se debe pesar sin carga con el tanque de combustible
con un nivel mayor al 85% y los lubricantes en buen nivel y se le
debe sumar 150 kg como margen para compensar el peso del
piloto e instrumentación, el material de lastre debe ser conocido por
ejemplo: gravilla. Adicionalmente, se debe conocer el peso de toda
la instrumentación requerida y del conductor del vehículo. Este
lastre se utiliza con el fin de estandarizar el peso del vehículo.
b. Masa de prueba
Es la masa del vehículo como si fuese a ser probado; incluye
conductor, operador (si es necesario), y toda la instrumentación. El
tanque de combustible debe estar preferiblemente lleno (como
mínimo ¾ de tanque según el medidor de combustible).
c. Masa efectiva
Es igual a la suma de la masa de prueba y las inercias efectivas
del eje impulsado y el no impulsado.
d. Área frontal
Es el área de la proyección ortogonal del vehículo incluyendo
llantas y componentes de la suspensión sobre un plano
perpendicular al eje longitudinal del vehículo.
42
4. Medición de las cargas de carretera del vehículo
a. Instrumentación
Toda la instrumentación deberá ser calibrada. Tanto la precisión
como la resolución del instrumento son valores mínimos con los
cuales debe contar cada equipo.
b. Tiempo y velocidad
Un instrumento para medir la velocidad del vehículo como una
función del tiempo transcurrido es usado en este procedimiento, El
mecanismo deberá tener las siguientes especificaciones:
a. Tiempo:
1. Precisión ± 0.1% del intervalo del tiempo de prueba.
2. Resolución 0.1 s
b. Velocidad:
1. Precisión ± 0.4 km/h (± 0.25 mph)
2. Resolución ± 0.2 km/h (0.1 mph)
c. Temperatura
El dispositivo indicador de temperatura deberá tener una resolución
de 1 ºC o 2 ºF y una precisión de ± 1 ºC o ± 2 ºF. El sensor deberá
estar protegido de fuentes de radiación de calor. El valor de
temperatura se registra antes del inicio de cada prueba. Esto con
el fin de observar su efecto en el comportamiento del vehículo
durante la prueba
d. Presión atmosférica
Un barómetro con una precisión de ± 0.7 kPa o ± 0.2 in Hg es
necesario. El valor de presión atmosférica se registra antes del
inicio de cada prueba. Esto con el fin de observar su efecto en el
comportamiento del vehículo durante la prueba
e. Viento
La velocidad del viento y la dirección durante la prueba deberá ser
monitoreada continuamente. Las mediciones de viento deberán
permitir la determinación del promedio longitudinal y las
componentes de viento cruzado dentro de ± 1.6 km/h (± 1 mph).
43
f. Peso del vehículo
El peso del vehículo deberá ser medido para una precisión de ± 5
kg (± 10 lb) por eje.
g. Presión de las llantas
Deberá ser medida para una precisión de ± 3 kPa (± 0.5 psi).
5. Material de prueba
a. Vehículo de prueba
El vehículo estará completamente definido en la Lista de
verificación y secuencia – Prueba de desaceleración natural. (El
vehículo de prueba normalmente es fabricado en una producción
estándar).
6. Condiciones de prueba
a. Temperatura ambiente
Las pruebas deberán ser conducidas en temperaturas ambiente
entre -1 ºC (30 ºF) y 32 ºC (90 ºF). El rango de temperatura
recomendado es desde 5ºC (41 ºF) y 32 ºC (90 ºF).
b. Neblina
Las pruebas no pueden ser realizadas durante condiciones de
neblina.
c. Vientos
Las pruebas no podrán ser conducidas cuando la velocidad del
viento promedio sea mayor a 16 km/h (10 mph) (o cuando las
velocidades pico del viento sean mayores a 20 km/h [12.3 mph]).
El promedio de la componente de la velocidad de viento
perpendicular a la carretera de prueba no puede exceder los 8 km/h
(5 mph).
d. Características del tramo de prueba
La carretera o tramo de prueba debe estar seca, limpia,
pavimentada y no debe exceder 2 % el grado de pendiente (cabe
mencionar que este parámetro puede afectar en gran manera los
resultados de la prueba, por lo que entre menor sea la pendiente
mejor). Adicionalmente, la carretera debe tener pendiente
constante y debe ser recta. Para esta prueba, la longitud del tramo
de prueba debe tener al menos 1 km de longitud (En lo posible, es
preferible demarcar el tramo de prueba). Esta longitud depende de
las velocidades de desaceleración que se deseen estudiar. Para el
cálculo de la longitud del tramo de prueba ver sección 10.
44
e. Medidas de seguridad para el piloto y equipo de pruebas
Adicional a las características del tramo de prueba, el vehículo
debe encontrarse en perfecto estado mecánico principalmente el
sistema de frenos y el sistema de dirección, como también debe
contar con cinturones de seguridad y airbags preferiblemente y
para mayor seguridad. Por otra parte, debe contar con el equipo de
carretera completo acorde a la ley 1344 de 1970 en donde sobre
salen: Botiquín, extintor, señales en forma de triángulo, entre otros.
f. Velocidad para desaceleración
La velocidad de desaceleración va a ser de 65 km/h, el vehículo se
lleva hasta 70 km/h, en esta velocidad el cambio se ubica en neutro
y se deja desacelerar naturalmente hasta que alcance una
velocidad aproximada de 50 km/h.
7. Preparación del vehículo
a. Rodaje del vehículo
El vehículo debe tener al menos 500 km (300 millas) de operación
o el kilometraje necesario para asegurar que el desempeño del
vehículo está estabilizado como lo determina el fabricante. Las
llantas deben tener al menos 75% del labrado y este se debe
encontrar en plenas condiciones. Todas las llantas deben tener al
menos 160 km (100 millas) de recorrido antes de la prueba.
b. Verificación del vehículo
El vehículo se debe encontrar en perfectas condiciones, para esto
es necesario tener una lista de verificación de las partes
importantes del vehículo, especialmente si el vehículo tiene
problemas en su desempeño mecánico.
c. Instrumentación
El dispositivo de medición de velocidad y tiempo, junto con otro
equipo necesario deberá ser instalado de tal manera que no afecte
la operación del vehículo.
d. Presión de las llantas
La presión de las llantas en frío deberá ser tal como lo recomienda
el fabricante, dentro del rango sugerido.
e. Área frontal del vehículo
El área frontal del vehículo deberá ser conocida, medida o
estimada y el valor deberá ser consignado en la Lista de
verificación y secuencia – Prueba de desaceleración natural. El
área frontal se estima mediante la siguiente ecuación:
45
A=0.8*(H101)*(W103) (1)
Donde H101 es la altura del vehículo (Distancia vertical entre el
suelo y el punto más alto del vehículo incluyendo accesorios,
incluso la porción no flexible de la antena), y W103 es el ancho del
vehículo (ancho máximo del vehículo entre dos puntos incluyendo
accesorios y excluyendo espejos).
Esto con el fin de solucionar las ecuaciones de fuerza debido a
cargas en carretera, que están estrechamente relacionadas con la
desaceleración natural, como también para el cálculo de la
corrección de los efectos del viento que afectan la resistencia a la
rodadura.
f. Calentamiento del vehículo
El vehículo deberá ser conducido un mínimo de 30 min en una
velocidad promedio de 60 km/h ± 10 km/h anterior a la prueba. El
tiempo entre el final del calentamiento y el comienzo de la prueba
no debe exceder 5 min.
8. Procedimiento de prueba
a. Prueba de desaceleración natural
En esta prueba se desea medir el tiempo y la distancia que le toma
al vehículo desde una velocidad constante de 65 km/h desacelerar
naturalmente hasta lograr una velocidad aproximada de 50 km/h
con el fin de observar el efecto que tienen las cargas aerodinámicas
en el vehículo. A continuación se describe paso a paso como se
deben realizar las pruebas:
i. Comentarios previos a la prueba
Para efectos de repetitividad en pruebas próximas, se
establece que el tanque de combustible se debe
encontrar totalmente lleno (como mínimo ¾ de tanque
según el medidor de combustible).
Las puertas, ventanas, capó y baúl del vehículo se deben
encontrar cerrados.
Objetos que no sean del vehículo en su estado original
tales como exploradoras, spoilers, entre otros, deben ser
quitados para que no intervengan en la aerodinámica de
la prueba.
Cada par de pruebas se realiza en direcciones opuestas
con el fin de minimizar el efecto del arrastre del viento en
la prueba.
Si se presentan anomalías en alguna dirección, se debe
repetir esta prueba en ambas direcciones, e ignorar los
datos tomados previamente.
46
Verificar que se cuenta con la instrumentación requerida
según las especificaciones del numeral 4 del presente
protocolo, junto con los cables y conexiones necesarias.
Instalar los equipos de acuerdo a lo explícito en cada uno
de los manuales del equipo correspondiente.
Tener claridad acerca de las revoluciones a las cuales se
deben realizar los cambios en la transmisión manual.
Para esto, revisar el manual de fabricación del vehículo
o alguna fuente confiable que precise las revoluciones
adecuadas a las cuales se deben realizar los cambios.
Por lo general, para vehículos con tacómetro se
recomienda que los cambios se realicen en la región de
revoluciones, tal que no se ingrese a la zona roja del
tacómetro (Para este protocolo las revoluciones
seleccionadas para realizar el cambio son de 4000 rpm).
Antes del inicio de cada prueba, registrar los datos de
temperatura, presión absoluta y humedad relativa, para
luego analizar su efecto en el desempeño del vehículo
durante la prueba.
La prueba se debe llevar a cabo de tal manera que no
interfiera con el tráfico vehicular del tramo de prueba o
que llegue a ocasionar algún accidente, para esto es
necesario conocer las horas de alto tráfico vehicular del
tramo para no realizar las pruebas en estas horas.
El vehículo durante el instante de la prueba debe
conservar su carril y no hacer cambio de este, no debe
haber movimiento en el sistema de dirección ya que la
pista debe ser recta.
Importante: Recordar y tener claras las condiciones de
prueba (Ver sección 6). No olvidar que la pista debe estar
totalmente seca, esto con el fin de no girar la dirección
para esquivar algún charco o elemento que afecte la
realización de la prueba.
ii. Verificación a la instrumentación
Verificar que las conexiones de instrumentación se
hayan realizado de manera adecuada.
Verificar el funcionamiento de cada instrumento
haciendo una lectura de los datos que está tomando.
Verificar los parámetros tales como constantes y
multiplicadores que están configurados en el equipo y
que se necesitarán para configurar el sistema de
adquisición de datos.
Registrar las constantes del ítem anterior.
47
iii. Reconocimiento de la pista (Prueba preliminar)
Ubicarse en un extremo de la pista o tramo de pruebas.
Empezar a registrar datos.
Recorrer la pista en su totalidad, preferiblemente a
velocidad constante (menor a 80 km/h).
Al llegar al otro extremo, de un giro de 180º y recorra la
pista o tramo en sentido contrario.
Detener el registro de datos.
iv. Ejecución de pruebas: Desaceleración natural
1) Ubicarse en el extremo de la pista.
2) Registrar las condiciones ambientales (presión atmosférica,
temperatura y humedad relativa).
3) Acelerar el vehículo hasta alcanzar una velocidad de 70
km/h. En este punto iniciar el registro de datos al asegurarse
que la velocidad se mantiene constante.
4) Ubicar el vehículo en neutro y dejarlo desacelerar
naturalmente hasta que alcance una velocidad de 50 km/h,
después accione la trasmisión para acomodar el vehículo.
En lo posible, mantener recto el vehículo. Detener el registro
de los datos a una velocidad correspondiente a 50 km/h.
5) Ubicarse en el extremo opuesto de la pista y realizar la
prueba en dirección opuesta repitiendo los pasos 2 a 4.
6) Realizar nuevamente el procedimiento del paso 1 al paso 5
hasta alcanzar un mínimo de 5 pares de datos, con el fin de
desechar 2 pares en el caso de que sus resultados hayan
sido incoherentes.
7) Verificar que los datos sean acordes a los criterios de
aceptabilidad de datos (ver sección 9.2 – 9.3).
9. Verificación de datos obtenidos
a. Presentación de datos
i. Vehículo y descripción de la prueba
En la lista de verificación y secuencia – Prueba de aceleración,
se debe incluir en lo posible la descripción de los siguientes
sistemas: Vehículo (incluyendo fabricante, modelo, año,
kilometraje, número de chasis (VIN), peso, equipo opcional)
motor, transmisión, llantas y presión de las llantas, frenos, y tipo
de combustible. Adicionalmente se debe anotar la masa de los
ejes, la masa total del vehículo de prueba junto con la
instrumentación y el conductor, como también el ancho, alto y
largo del vehículo.
48
ii. Gráficas
Se deben presentar gráficas continuas de lo siguiente:
Velocidad vs tiempo, tiempo vs distancia, u otra(s) que se
considere(n) apropiada(s).
b. Solución a la ecuación de carga del vehículo
La ecuación que relaciona las cargas en el vehículo con la
desaceleración natural asumiendo pendiente y velocidad del viento
despreciables se denota por la siguiente ecuación:
𝑀𝑣
𝑑𝑣
𝑑𝑡= −𝑓𝑟𝑀𝑔 −
1
2𝜌𝐶𝐷𝐴𝑣2 (𝟐)
La solución a la ecuación para estimar los parámetros asociados
a las cargas de resistencia (coeficientes de arrastre y de rodadura),
se calculan a partir de un sistema de ecuaciones lineales que tiene
la siguiente forma:
𝐴�⃗� = �⃗⃗� (𝟑)
Donde
𝐴 =
[ −𝑀𝑔 −
1
2𝜌𝐴𝑣1
2
⋮ ⋮
−𝑀𝑔 −1
2𝜌𝐴𝑣𝑛
2]
; �⃗� = [𝑓𝑟𝐶𝑑
] ; �⃗⃗� = [−𝑀𝑎1
⋮−𝑀𝑎𝑛
] (𝟒)
De la ecuación 3 se quiere calcular �⃗� por propiedades del algebra
lineal se obtiene que:
�⃗� = (𝐴𝑇 ∙ 𝐴)−1(𝐴𝑇 ∙ �⃗⃗�) (𝟓)
Partiendo que:
𝑎𝑛 =𝑑𝑣
𝑑𝑡 (𝟔)
De esta manera, se calcula la aceleración a partir de la señal de
velocidad filtrada. Con esta aceleración, se procede a reemplazar
en �⃗⃗� en la ecuación 4, y según la ecuación 5, se obtiene los valores
para 𝐶𝑑 y 𝑓𝑟. Por último se obtienen los tiempos parciales los cuales
se usan como indicadores para comparar los resultados de todas
las pruebas.
c. Factores que afectan los resultados
Entre los factores que pueden obligar a que se repita en ambas
direcciones la prueba de desaceleración natural se encuentra que
la velocidad del viento no sea uniforme, que hayan ráfagas y estas
superen las velocidades máximas permitidas, como también
errores del conductor y que la velocidad antes del inicio de la
desaceleración no sea constante. Para esto es necesario realizar
la repetición de la prueba. Según la referencia 2.1 el número
mínimo de pruebas para desaceleración natural son de 3 pares.
49
10. Cálculo para la obtención de la longitud del tramo de prueba
Para observar con más detalle la forma de calcular la longitud del tramo
de prueba dirigirse a A. García. Sin embargo, aquí se proporcionará una
manera muy simplificada para calcular dicha longitud.
Inicialmente, se parte del diagrama de cuerpo libre de un vehículo en
contacto con el suelo. La ecuación (2) contempla el modelo simplificado
para el cálculo de la pendiente luego de despreciar la pendiente y la fuerza
de tracción en el vehículo.
𝑀𝑣
𝑑𝑣
𝑑𝑡= −𝑓𝑟𝑀𝑔 −
1
2𝜌𝐶𝐷𝐴𝑣2 (𝟐)
Reescribiendo la ecuación (2) en términos de la posición:
𝑀𝑣
𝑑2𝑥
𝑑𝑡2= −𝑓𝑟𝑀𝑔 −
1
2𝜌𝐶𝐷𝐴 (
𝑑𝑥
𝑑𝑡)
2
(𝟐. 𝟏)
Para integrar la posición x de la ecuación 2.1 se debe realizar mediante
métodos de integración numérica. En este caso se siguió el método de
Euler, en la cual se introducen aparte de los parámetros que solicita la
ecuación (2.1), la velocidad inicial de desaceleración. Con esta se
encuentra la aceleración y luego de un intervalo de tiempo la distancia, el
siguiente paso es la velocidad y la distancia en el intervalo de tiempo
anterior por el paso de tiempo seleccionado, y así sucesivamente hasta
llegar a la velocidad a la cual se vuelve a poner en marcha el vehículo, de
esta manera se llega a la distancia del tramo de prueba en el momento de
la desaceleración.
50
A1.2.2. Lista de verificación y secuencia – Prueba de desaceleración
natural
1. Instrumentación a utilizar
Instrumento Referencia
Gps de alta resolución VBOX III 100 Hz GPS Logger
Flujómetro de desplazamiento positivo
Corrsys – Datron DFL-3x-5bar
Sensor óptico de velocidad Corrsys Datron Correvit L-350 Aqua
Termo – anemómetro Extech 45158
Barómetro Control Company 4198
Batería Bosch S3 N200 HD 1800
Computador Dell 032571
Adquisición de datos Tarjeta de adquisición BNC National Instruments
Termómetro óptico Fluke 62
Multímetro Fluke 117 True RMS
2. Datos del vehículo de prueba
Vehículo o Marca: _______________________ o Modelo: ______________________ o Año: _________________________ o Kilometraje: ___________________ o Número de chasis: _____________ o Equipo opcional: ________________ o Masa total: _____________________ o Masa eje delantero: ______________ o Masa eje trasero: ________________ o Largo: _________________________ o Alto: __________________________ o Ancho: ________________________ o Área: _________________________
Motor: _____________________________
Transmisión: ________________________
Llantas (ref.):________________________
Presión de las llantas: _________________
Frenos: ____________________________
Tipo de combustible: __________________
3. Verificación estado mecánico del vehículo
4. Calentamiento del vehículo
5. Ejecución de pruebas
6. Datos obtenidos a partir de cada prueba
51
En la siguiente tabla, se colocarán los datos obtenidos en la prueba, como de las características ambientales que influyen en el desarrollo de las mismas, para el coeficiente de variabilidad se trabajará con los valores obtenidos del tiempo.
Par de
prueba
Prueba T
(ºC)
P
(kPa)
HR
(%)
t
(s)
Distancia
(m)
V
viento
(km/h)
Cd Fr
1 1
2
2 3
4
3 5
6
4 7
8
5 9
10
�̅�
S.D.
52
A1.2.3. Protocolo corregido para pruebas de desaceleración natural del
vehículo en carretera
1. Alcance
Este protocolo cubre la medición de las cargas aerodinámicas en
carretera de un vehículo, a velocidades menores a 113 km/h (70 mph).
a. Objetivo
Se busca mediante procedimientos de prueba la medición de las
cargas aerodinámicas en carretera en un vehículo como función de
la velocidad del vehículo, de tal manera que estas mediciones
puedan ser repetibles.
2. Referencias
a. Publicaciones SAE
SAE J1263 02/96 Road Load Measurement and Dynamometer
Simulation Using Coastdown Techniques
3. Definiciones
a. Peso de prueba
El vehículo se debe pesar sin carga con el tanque de combustible
con un nivel mayor al 85% y los lubricantes en buen nivel y se le
debe sumar 150 kg como margen para compensar el peso del
piloto e instrumentación, el material de lastre debe ser conocido por
ejemplo: gravilla. Adicionalmente, se debe conocer el peso de toda
la instrumentación requerida y del conductor del vehículo. Este
lastre se utiliza con el fin de estandarizar el peso del vehículo.
b. Masa de prueba
Es la masa del vehículo como si fuese a ser probado; incluye
conductor, operador (si es necesario), y toda la instrumentación. El
tanque de combustible debe estar preferiblemente lleno (como
mínimo ¾ de tanque según el medidor de combustible).
c. Masa efectiva
Es igual a la suma de la masa de prueba y las inercias efectivas
del eje impulsado y el no impulsado.
d. Área frontal
Es el área de la proyección ortogonal del vehículo incluyendo
llantas y componentes de la suspensión sobre un plano
perpendicular al eje longitudinal del vehículo.
53
4. Medición de las cargas de carretera del vehículo
a. Instrumentación
Toda la instrumentación deberá ser calibrada. Tanto la precisión
como la resolución del instrumento son valores mínimos con los
cuales debe contar cada equipo.
b. Tiempo y velocidad
Un instrumento para medir la velocidad del vehículo como una
función del tiempo transcurrido es usado en este procedimiento, El
mecanismo deberá tener las siguientes especificaciones:
c. Tiempo:
3. Precisión ± 0.1% del intervalo del tiempo de prueba.
4. Resolución 0.1 s
d. Velocidad:
3. Precisión ± 0.4 km/h (± 0.25 mph)
4. Resolución ± 0.2 km/h (0.1 mph)
c. Temperatura
El dispositivo indicador de temperatura deberá tener una resolución
de 1 ºC o 2 ºF y una precisión de ± 1 ºC o ± 2 ºF. El sensor deberá
estar protegido de fuentes de radiación de calor. El valor de
temperatura se registra antes del inicio de cada prueba. Esto con
el fin de observar su efecto en el comportamiento del vehículo
durante la prueba
d. Presión atmosférica
Un barómetro con una precisión de ± 0.7 kPa o ± 0.2 in Hg es
necesario. El valor de presión atmosférica se registra antes del
inicio de cada prueba. Esto con el fin de observar su efecto en el
comportamiento del vehículo durante la prueba
e. Viento
La velocidad del viento y la dirección durante la prueba deberá ser
monitoreada continuamente. Las mediciones de viento deberán
permitir la determinación del promedio longitudinal y las
componentes de viento cruzado dentro de ± 1.6 km/h (± 1 mph).
f. Peso del vehículo
El peso del vehículo deberá ser medido para una precisión de ± 5
kg (± 10 lb) por eje.
54
g. Presión de las llantas
Deberá ser medida para una precisión de ± 3 kPa (± 0.5 psi).
5. Material de prueba
a. Vehículo de prueba
El vehículo estará completamente definido en la Lista corregida de
verificación y secuencia – Prueba de desaceleración natural. (El
vehículo de prueba normalmente es fabricado en una producción
estándar).
6. Condiciones de prueba
a. Temperatura ambiente
Las pruebas deberán ser conducidas en temperaturas ambiente
entre -1 ºC (30 ºF) y 32 ºC (90 ºF). El rango de temperatura
recomendado es desde 5ºC (41 ºF) y 32 ºC (90 ºF).
b. Neblina
Las pruebas no pueden ser realizadas durante condiciones de
neblina.
c. Vientos
Las pruebas no podrán ser conducidas cuando la velocidad del
viento promedio sea mayor a 16 km/h (10 mph) (o cuando las
velocidades pico del viento sean mayores a 20 km/h [12.3 mph]).
El promedio de la componente de la velocidad de viento
perpendicular a la carretera de prueba no puede exceder los 8 km/h
(5 mph).
d. Características del tramo de prueba
La carretera o tramo de prueba debe estar seca, limpia,
pavimentada y no debe exceder 0.5 % el grado de pendiente (cabe
mencionar que este parámetro puede afectar en gran manera los
resultados de la prueba, por lo que entre menor sea la pendiente
se obtendrán mejores resultados). Adicionalmente, la carretera
debe tener pendiente constante y debe ser recta. Para esta prueba,
la longitud del tramo de prueba debe tener al menos 1 km de
longitud (En lo posible, es preferible demarcar el tramo de prueba).
Esta longitud depende de las velocidades de desaceleración que
se deseen estudiar. Para el cálculo de la longitud del tramo de
prueba ver sección 10.
55
e. Medidas de seguridad para el piloto y equipo de pruebas
Adicional a las características del tramo de prueba, el vehículo
debe encontrarse en perfecto estado mecánico principalmente el
sistema de frenos y el sistema de dirección, como también debe
contar con cinturones de seguridad y airbags preferiblemente y
para mayor seguridad. Por otra parte, debe contar con el equipo de
carretera completo acorde a la ley 1344 de 1970 en donde sobre
salen: Botiquín, extintor, señales en forma de triángulo, entre otros.
f. Velocidad para desaceleración
La velocidad de desaceleración va a ser de 65 km/h, el vehículo se
lleva hasta 70 km/h, en esta velocidad el cambio se ubica en neutro
y se deja desacelerar naturalmente hasta que alcance una
velocidad aproximada de 50 km/h.
7. Preparación del vehículo
a. Rodaje del vehículo
El vehículo debe tener al menos 500 km (300 millas) de operación
o el kilometraje necesario para asegurar que el desempeño del
vehículo está estabilizado como lo determina el fabricante. Las
llantas deben tener al menos 75% del labrado y este se debe
encontrar en plenas condiciones. Todas las llantas deben tener al
menos 160 km (100 millas) de recorrido antes de la prueba.
b. Verificación del vehículo
El vehículo se debe encontrar en perfectas condiciones, para esto
es necesario tener una lista de verificación de las partes
importantes del vehículo, especialmente si el vehículo tiene
problemas en su desempeño mecánico.
c. Instrumentación
El dispositivo de medición de velocidad y tiempo, junto con otro
equipo necesario deberá ser instalado de tal manera que no afecte
la operación del vehículo.
d. Presión de las llantas
La presión de las llantas en frío deberá ser tal como lo recomienda
el fabricante, dentro del rango sugerido.
e. Área frontal del vehículo
El área frontal del vehículo deberá ser conocida, medida o
estimada y el valor deberá ser consignado en la Lista corregida de
verificación y secuencia – Prueba de desaceleración natural. El
área frontal se estima mediante la siguiente ecuación:
56
A=0.8*(H101)*(W103) (1)
Donde H101 es la altura del vehículo (Distancia vertical entre el
suelo y el punto más alto del vehículo incluyendo accesorios,
incluso la porción no flexible de la antena), y W103 es el ancho del
vehículo (ancho máximo del vehículo entre dos puntos incluyendo
accesorios y excluyendo espejos).
Esto con el fin de solucionar las ecuaciones de fuerza debido a
cargas en carretera, que están estrechamente relacionadas con la
desaceleración natural, como también para el cálculo de la
corrección de los efectos del viento que afectan la resistencia a la
rodadura.
f. Calentamiento del vehículo
El vehículo deberá ser conducido un mínimo de 30 min en una
velocidad promedio de 60 km/h ± 10 km/h anterior a la prueba. El
tiempo entre el final del calentamiento y el comienzo de la prueba
no debe exceder 5 min.
8. Procedimiento de prueba
a. Prueba de desaceleración natural
En esta prueba se desea medir el tiempo y la distancia que le toma
al vehículo desde una velocidad constante de 65 km/h desacelerar
naturalmente hasta lograr una velocidad aproximada de 50 km/h
con el fin de observar el efecto que tienen las cargas aerodinámicas
en el vehículo. A continuación se describe paso a paso como se
deben realizar las pruebas:
i. Comentarios previos a la prueba
Para efectos de repetitividad en pruebas próximas, se
establece que el tanque de combustible se debe
encontrar totalmente lleno (como mínimo ¾ de tanque
según el medidor de combustible).
Las puertas, ventanas, capó y baúl del vehículo se deben
encontrar cerrados.
Objetos que no sean del vehículo en su estado original
tales como exploradoras, spoilers, entre otros, deben ser
quitados para que no intervengan en la aerodinámica de
la prueba.
Cada par de pruebas se realiza en direcciones opuestas
con el fin de minimizar el efecto del arrastre del viento en
la prueba.
Si se presentan anomalías en alguna dirección, se debe
repetir esta prueba en ambas direcciones, e ignorar los
datos tomados previamente.
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Verificar que se cuenta con la instrumentación requerida
según las especificaciones del numeral 4 del presente
protocolo, junto con los cables y conexiones necesarias.
Instalar los equipos de acuerdo a lo explícito en cada uno
de los manuales del equipo correspondiente.
Tener claridad acerca de las revoluciones a las cuales se
deben realizar los cambios en la transmisión manual.
Para esto, revisar el manual de fabricación del vehículo
o alguna fuente confiable que precise las revoluciones
adecuadas a las cuales se deben realizar los cambios.
Por lo general, para vehículos con tacómetro se
recomienda que los cambios se realicen en la región de
revoluciones, tal que no se ingrese a la zona roja del
tacómetro (Para este protocolo las revoluciones
seleccionadas para realizar el cambio son de 4000 rpm).
Antes del inicio de cada prueba, registrar los datos de
temperatura, presión absoluta y humedad relativa, para
luego analizar su efecto en el desempeño del vehículo
durante la prueba.
La prueba se debe llevar a cabo de tal manera que no
interfiera con el tráfico vehicular del tramo de prueba o
que llegue a ocasionar algún accidente, para esto es
necesario conocer las horas de alto tráfico vehicular del
tramo para no realizar las pruebas en estas horas.
El vehículo durante el instante de la prueba debe
conservar su carril y no hacer cambio de este, no debe
haber movimiento en el sistema de dirección ya que la
pista debe ser recta.
Importante: Recordar y tener claras las condiciones de
prueba (Ver sección 6). No olvidar que la pista debe estar
totalmente seca, esto con el fin de no girar la dirección
para esquivar algún obstáculo o elemento que afecte la
realización de la prueba.
ii. Verificación a la instrumentación
Verificar que las conexiones de instrumentación se
hayan realizado de manera adecuada.
Verificar el funcionamiento de cada instrumento
haciendo una lectura de los datos que está tomando.
Verificar los parámetros tales como constantes y
multiplicadores que están configurados en el equipo y
que se necesitarán para configurar el sistema de
adquisición de datos.
Registrar las constantes del ítem anterior.
58
iii. Reconocimiento de la pista (Prueba preliminar)
Ubicarse en un extremo de la pista o tramo de pruebas.
Empezar a registrar datos.
Recorrer la pista en su totalidad, preferiblemente a
velocidad constante (menor a 80 km/h).
Al llegar al otro extremo, de un giro de 180º y recorra la
pista o tramo en sentido contrario.
Detener el registro de datos.
iv. Ejecución de pruebas: Desaceleración natural
8) Ubicarse en el extremo de la pista.
9) Registrar las condiciones ambientales (presión atmosférica,
temperatura y humedad relativa).
10) Acelerar el vehículo hasta alcanzar una velocidad de 70
km/h. En este punto iniciar el registro de datos al asegurarse
que la velocidad se mantiene constante.
11) Ubicar el vehículo en neutro y dejarlo desacelerar
naturalmente hasta que alcance una velocidad de 50 km/h,
después accione la trasmisión para acomodar el vehículo.
En lo posible, mantener recto el vehículo. Detener el registro
de los datos a una velocidad correspondiente a 50 km/h.
12) Ubicarse en el extremo opuesto de la pista y realizar la
prueba en dirección opuesta repitiendo los pasos 2 a 4.
13) Realizar nuevamente el procedimiento del paso 1 al paso 5
hasta alcanzar un mínimo de 5 pares de datos, con el fin de
desechar 2 pares en el caso de que sus resultados hayan
sido incoherentes.
14) Verificar que los datos sean acordes a los criterios de
aceptabilidad de datos (ver sección 9.2 – 9.3).
9. Verificación de datos obtenidos
a. Presentación de datos
i. Vehículo y descripción de la prueba
En la lista corregida de verificación y secuencia – Prueba de
aceleración, se debe incluir en lo posible la descripción de los
siguientes sistemas: Vehículo (incluyendo fabricante, modelo,
año, kilometraje, número de chasis (VIN), peso, equipo
opcional) motor, transmisión, llantas y presión de las llantas,
frenos, y tipo de combustible. Adicionalmente se debe anotar la
masa de los ejes, la masa total del vehículo de prueba junto con
la instrumentación y el conductor, como también el ancho, alto
y largo del vehículo.
59
ii. Gráficas
Se deben presentar gráficas continuas de lo siguiente:
Velocidad vs tiempo, tiempo vs distancia, u otra(s) que se
considere(n) apropiada(s).
b. Solución a la ecuación de carga del vehículo
La ecuación que relaciona las cargas en el vehículo con la
desaceleración natural asumiendo pendiente y velocidad del viento
despreciables se denota por la siguiente ecuación:
𝑀𝑣
𝑑𝑣
𝑑𝑡= −𝑓𝑟𝑀𝑔 −
1
2𝜌𝐶𝐷𝐴𝑣2 (𝟐)
La solución a la ecuación para estimar los parámetros asociados
a las cargas de resistencia (coeficientes de arrastre y de rodadura),
se calculan a partir de un sistema de ecuaciones lineales que tiene
la siguiente forma:
𝐴�⃗� = �⃗⃗� (𝟑)
Donde
𝐴 =
[ −𝑀𝑔 −
1
2𝜌𝐴𝑣1
2
⋮ ⋮
−𝑀𝑔 −1
2𝜌𝐴𝑣𝑛
2]
; �⃗� = [𝑓𝑟𝐶𝑑
] ; �⃗⃗� = [−𝑀𝑎1
⋮−𝑀𝑎𝑛
] (𝟒)
De la ecuación 3 se quiere calcular �⃗� por propiedades del algebra
lineal se obtiene que:
�⃗� = (𝐴𝑇 ∙ 𝐴)−1(𝐴𝑇 ∙ �⃗⃗�) (𝟓)
Partiendo que:
𝑎𝑛 =𝑑𝑣
𝑑𝑡 (𝟔)
De esta manera, se calcula la aceleración a partir de la señal de
velocidad filtrada. Con esta aceleración, se procede a reemplazar
en �⃗⃗� en la ecuación 4, y según la ecuación 5, se obtiene los valores
para 𝐶𝑑 y 𝑓𝑟. Por último se obtienen los tiempos parciales los cuales
se usan como indicadores para comparar los resultados de todas
las pruebas.
c. Factores que afectan los resultados
Entre los factores que pueden obligar a que se repita en ambas
direcciones la prueba de desaceleración natural se encuentra que
la velocidad del viento no sea uniforme, que hayan ráfagas y estas
superen las velocidades máximas permitidas, como también
errores del conductor y que la velocidad antes del inicio de la
desaceleración no sea constante. Para esto es necesario realizar
la repetición de la prueba. Según la referencia 2.1 el número
mínimo de pruebas para desaceleración natural son de 3 pares.
60
10. Cálculo para la obtención de la longitud del tramo de prueba
Para observar con más detalle la forma de calcular la longitud del tramo
de prueba dirigirse a (García A. F., 2014). Sin embargo, aquí se
proporcionará una manera muy simplificada para calcular dicha longitud.
Inicialmente, se parte del diagrama de cuerpo libre de un vehículo en
contacto con el suelo. La ecuación (2) contempla el modelo simplificado
para el cálculo de la pendiente luego de despreciar la pendiente y la fuerza
de tracción en el vehículo.
𝑀𝑣
𝑑𝑣
𝑑𝑡= −𝑓𝑟𝑀𝑔 −
1
2𝜌𝐶𝐷𝐴𝑣2 (𝟐)
Reescribiendo la ecuación (2) en términos de la posición:
𝑀𝑣
𝑑2𝑥
𝑑𝑡2= −𝑓𝑟𝑀𝑔 −
1
2𝜌𝐶𝐷𝐴 (
𝑑𝑥
𝑑𝑡)
2
(𝟐. 𝟏)
Para integrar la posición x de la ecuación 2.1 se debe realizar mediante
métodos de integración numérica. En este caso se siguió el método de
Euler, en la cual se introducen aparte de los parámetros que solicita la
ecuación (2.1), la velocidad inicial de desaceleración. Con esta se
encuentra la aceleración y luego de un intervalo de tiempo la distancia, el
siguiente paso es la velocidad y la distancia en el intervalo de tiempo
anterior por el paso de tiempo seleccionado, y así sucesivamente hasta
llegar a la velocidad a la cual se vuelve a poner en marcha el vehículo, de
esta manera se llega a la distancia del tramo de prueba en el momento de
la desaceleración.
61
A1.2.4. Lista corregida de verificación y secuencia – Prueba de
desaceleración natural
7. Instrumentación a utilizar
Instrumento Referencia
Inclinómetro DXL360S
Gps de alta resolución VBOX III 100 Hz GPS Logger
Flujómetro de desplazamiento positivo
Corrsys – Datron DFL-3x-5bar
Termo – anemómetro Extech 45158
Barómetro Control Company 4198
Batería Bosch S3 N200 HD 1800
Computador Dell 032571
Adquisición de datos Tarjeta de adquisición BNC National Instruments
Termómetro óptico Fluke 62
Multímetro Fluke 117 True RMS
8. Datos del vehículo de prueba
Vehículo o Marca: _______________________ o Modelo: ______________________ o Año: _________________________ o Kilometraje: ___________________ o Número de chasis: _____________ o Equipo opcional: ________________ o Masa total: _____________________ o Masa eje delantero: ______________ o Masa eje trasero: ________________ o Largo: _________________________ o Alto: __________________________ o Ancho: ________________________ o Área: _________________________
Motor: _____________________________
Transmisión: ________________________
Llantas (ref.):________________________
Presión de las llantas: _________________
Frenos: ____________________________
Tipo de combustible: __________________
9. Verificación estado mecánico del vehículo
10. Calentamiento del vehículo
11. Ejecución de pruebas
12. Datos obtenidos a partir de cada prueba
62
En la siguiente tabla, se colocarán los datos obtenidos en la prueba, como de las características ambientales que influyen en el desarrollo de las mismas, para el coeficiente de variabilidad se trabajará con los valores obtenidos del tiempo.
Par de
prueba
Prueba T
(ºC)
P
(kPa)
HR
(%)
t
(s)
Distancia
(m)
V
viento
(km/h)
Cd Fr
1 1
2
2 3
4
3 5
6
4 7
8
5 9
10
�̅�
S.D.
63
A2. Gráficas adicionales
A2.1. Prueba de aceleración
Anexo 1 Aceleración por puntos promedio
A2.2. Prueba de desaceleración natural
Anexo 2 Superposición prueba de desaceleración
A2.3. Prueba de consumo de combustible
A2.3.1. Comparación condiciones estacionaria y transitoria Bogotá
(2600 m.s.n.m.)
Anexo 3 Potencia en condiciones estacionaria y transitoria en Bogotá
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 2 4 6 8 10 12 14
Vel
oci
dad
(km
/h)
Tiempo (s)
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50
Vel
oci
dad
(km
/h)
Tiempo (s)
Prueba 1
Prueba 2
Prueba 3
Prueba 4
Prueba 5
Prueba 6
0
10
20
30
40
50
60
0 1000 2000 3000 4000 5000
Potencia [kW]
Velocidad del motor [RPM]
Potencia [kW]
Estacionario
Potencia [kW]
Transitorio
64
Anexo 4 Momento par en condiciones estacionaria y transitoria en Bogotá
Anexo 5 C.E.C. en condiciones estacionaria y transitoria en Bogotá
A.2.3.2. Comparación condiciones estacionaria y transitoria
Villavicencio (392 m.s.n.m.)
Anexo 6 Potencia en condiciones estacionaria y transitoria en Villavicencio
92
94
96
98
100
102
104
106
108
110
0 1000 2000 3000 4000 5000
Par Motor [Nm]
Velocidad del motor [RPM]
Par[Nm]
Estacionario
Par [Nm]
Transitorio
92
94
96
98
100
102
104
106
108
110
112
0 1000 2000 3000 4000 5000
C.E.C. [g/MJ]
Velocidad del motor [RPM]
C.E.C. [g/MJ]
Estacionario
C.E.C. [g/MJ]
Transitorio
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 1000 2000 3000 4000 5000
Potencia [kW]
Velocidad del motor [RPM]
Potencia [kW]
Estacionario
Potencia [kW]
Transitorio
65
Anexo 7 Momento par en condiciones estacionaria y transitoria en Villavicencio
Anexo 8 C.E.C. en condiciones estacionaria y transitoria en Villavicencio
A2.3.3. Comparación entre flujos de combustible en condiciones
estacionaria y transitoria respecto a los dos sitios de prueba
Anexo 9 Comparación caudal Bogotá - Villavicencio condición estacionaria
110
115
120
125
130
135
140
0 1000 2000 3000 4000 5000
Par Motor [Nm]
Velocidad del motor [RPM]
Par [Nm]
Estacionario
Par [Nm]
Transitorio
96
98
100
102
104
106
108
110
0 1000 2000 3000 4000 5000
C.E.C. [g/MJ]
Velocidad del motor [RPM]
C.E.C. [g/MJ]
Estacionario
C.E.C. [g/MJ]
Transitorio
0
5
10
15
20
25
30
35
0 2000 4000 6000
Caudal (L/h)
Velocidad del motor (RPM)
Bogotá
Villavicencio
66
Anexo 10 Comparación caudal Bogotá - Villavicencio condición transitoria
A3. Códigos Matlab
A3.1. Prueba de aceleración
Contents
Definicion de variables
iteracion archivos
Recorte de la senal por distancia inicial
Recorte de la senal por velocidad
Guardar archivos
clear all
close all
clc
Definicion de variables
vmax=20; % Velocidad maxima [km/h]
gp=5; %Grado del polinomio para el filtro aplicado
tf=301; %Time frame del filtro
xinicial=0.3048/1000; %Distancia inicial (1 ft)
nfiles=10;
iteracion archivos
for k=1:nfiles
g=load(['test_',num2str(k),'.lvm'],'-ascii'); % C1=Tiempo (s),
C2=Velocidad (km/h), C3=Distancia (km)
ndatos=size(g,1);
Recorte de la senal por distancia inicial
i=1;
while g(i,3)<=xinicial && i<size(g,1)
i=i+1;
end
xmin=i;
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1000 2000 3000 4000 5000
Caudal [L/h]
Velocidad motor [RPM]
Bogotá
Villavicencio
67
md(:,1)=g(xmin:ndatos,1)-g(xmin,1);
md(:,2)=g(xmin:ndatos,2)-g(xmin,2);
md(:,3)=g(xmin:ndatos,3)-g(xmin,3);
Recorte de la senal por velocidad
veloc=sgolayfilt(md(:,2),gp,tf);
i=1;
while veloc(i,1)<=vmax && i<size(md,1)
i=i+1;
end
vpmax=i;
md2(:,1)=md(1:vpmax,1);
md2(:,2)=veloc(1:vpmax,1); %datos filtrados
md2(:,3)=md(1:vpmax,2); %datos originales
figure
plot(md2(:,1),md2(:,2))
Guardar archivos
tmax(k)=md2(end,1);
save(['RV',num2str(k),'.mat'],'md2')
dlmwrite(['RV',num2str(k),'.txt'],md2,'delimiter','\t')
clear md md2 g veloc vpmax xmin ndatos
end
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A3.2. Prueba de desaceleración natural
Contents
Parámetros de entrada
Filtrado de señales
Creación de matríz a
Obtención de aceleración
Solución fr y Cd
clear all
close all
clc
Parámetros de entrada
m=2070+92.933333333333;% masa del vehículo de prueba + masa del piloto
+ masa de instrumentación
rho=1.088;% densidad del aire del sitio de prueba
Filtrado de señales
desaceler=load('des1.txt');%Reemplazar con cada uno de los archivos de
cada prueba
filter=sgolayfilt(desaceler(:,2),5,301);
filter1=[desaceler(:,1),filter,desaceler(:,3)];
figure
plot(filter1(:,1),filter1(:,2));% Realizar recorrido con while para
68
recortar la señal en un rango de 10 km/h
t=filter1(:,1); % Tiempo (s)
vfil=filter1(:,2); %Velocidad filtrada (km/h)
dist=filter1(:,3); %Distancia (m)
Creación de matríz a
matriz(:,1)=t;
matriz(:,2)=vfil;
matriz(:,3)=dist;
matriz(1,4)=t(length(t));
Obtención de aceleración
dT=t(2);
acel=0;
for i=1:1:length(vfil)-1;
acel(i)=(((vfil(i+1)-vfil(i))/3.6)/dT);
end
acel(length(vfil))=acel(length(vfil)-1);%aceleración filtrada
matriz(:,7)=sgolayfilt(acel,5,301);
Solución fr y Cd
for i=1:length(vfil)
a(:,1)=-m*9.81;
a(i,2)=-0.5*rho*(vfil(i)/3.6)^2*(1.81*1.695*0.8);
b(i,1)=m*matriz(i,7);
end
%x=((a'*a)^-1)*(a'*b);
x=a\b;
Fr=x(1);%Coeficiente de rodadura
Cd=x(2);%Coeficiente de arrastre
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A3.3. Filtrado de señal de caudal en estado transitorio
Contents
Filtrado de señales de caudal en estado transitorio
Recorrido para obtener los valores cada 0.005 s para igualar con la frecuencia de
200 Hz de los dinamómetros
clear all
close all
clc
Filtrado de señales de caudal en estado transitorio
rampa=load('rampa1b.lvm');
rampa1=rampa(:,2)*10;
[b,a] = butter(4,0.0025);%aplicación de filtro pasabajas de orden 4
con frecuencia de corte de 1 Hz
freqz(b,a)
dataIn=rampa1;
69
dataOut=filter(b,a,dataIn);
filter1=[rampa(:,1),dataOut];
figure
plot(rampa(:,1),filter1(:,2));
ndatos=size(filter1,1);
Recorrido para obtener los valores cada 0.005 s para igualar con la frecuencia
de 200 Hz de los dinamómetros
for i=1:(ndatos/5)-1
Mr(i,1)=filter1(1+(i-1)*5,2);
end
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