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CARACTERIZACIÓN DEL CONSUMO ELÉCTRICO DE UN VEHÍCULO

CON MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA EN LAS CONDICIONES DE

BOGOTÁ D.C.

SANTIAGO AZUERO VARGAS

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

BOGOTÁ D.C.

2018

CARACTERIZACIÓN DEL CONSUMO ELÉCTRICO DE UN VEHICULO

CON MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA EN LAS CONDICIONES DE

BOGOTÁ D.C.

SANTIAGO AZUERO VARGAS

Trabajo presentado como requisito parcial para obtener el título de Ingeniero

Mecánico.

ASESOR

LUIS ERNESTO MUÑOZ CAMARGO Ph.D

Ingeniero Mecánico

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

BOGOTÁ D.C.

2018

AGRADECIMIENTOS

Quiero agradecer a la Universidad de los Andes por haber creído en este proyecto y por

permitir su aprobación y su culminación satisfactoria. También quiero agradecer a mi asesor

el ingeniero Luis Ernesto Muñoz, por haber sido mi guía y mi apoyo durante todo el

desarrollo del proyecto. Al técnico Omar Amaya por sus conocimientos y colaboración

durante todo el proyecto con el apoyo técnico en el vehículo y al técnico Luis Carlos Ardila

por sus conocimientos en la parte eléctrica requerida para el desarrollo del proyecto. También

quiero agradecer a Matheo López y al Autódromo de Tocancipá por su apoyo con los

derechos de pista para ejecutar las pruebas dinámicas planeadas. Por último, quiero

agradecer a Yaquelin Barrero y a su madre Eduviges Malagón por su paciencia y por

apoyarme con su vehículo Mazda CX 5 para desarrollar y practicar pruebas indispensables

para este proyecto.

DEDICATORIA

Quiero dedicarle este trabajo a Dios, por darme la fuerza, la voluntad y la determinación para

seguir adelante cada día durante este proyecto a pesar de las dificultades que se me

presentaron durante su desarrollo. Gracias a él, tuve la sabiduría y la paciencia requerida para

poder completar este trabajo de manera exitosa, pude llegar a este punto en donde estoy

culminando una etapa importante en mi vida, la cual empecé desde hace mucho y que con

gran esfuerzo y dedicación he logrado superar durante mi carrera profesional.

Quiero dedicarlo también a mi padre Ramiro Augusto Azuero Diazgranados y a mi madre

Jaqueline Vargas Riveros, los cuales me dieron su apoyo incondicional todo el tiempo, a

pesar de las dificultades y el sacrificio económico que conllevó estudiar el pregrado

académico, y también por permitirme cumplir uno de los objetivos que proyecté en mi vida.

Tabla de contenido

RESUMEN ......................................................................................................................................... 9

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 12

1. OBJETIVOS ................................................................................................................................ 14

1.1 Objetivo General ..................................................................................................................... 14

1.2 Objetivos Específicos .............................................................................................................. 14

2. METODOLOGIA ....................................................................................................................... 15

2.1 Diseño del experimento ........................................................................................................... 16

2.2 Instrumentación ....................................................................................................................... 18

2.3 Procesamiento de datos. .......................................................................................................... 25

2.4 Prueba Estática ........................................................................................................................ 27

2.5 Prueba Dinámica ..................................................................................................................... 33

3. RESULTADOS ............................................................................................................................ 38

3.1 Resultados Prueba Estática ...................................................................................................... 40

3.1.1 Potencia eléctrica asociada al arranque del motor. ........................................................... 40

3.1.2 Potencia eléctrica asociada sin motor ............................................................................... 41

3.1.3 Potencia eléctrica asociada solo con alternador. .............................................................. 43

3.1.4 Potencia eléctrica asociada con el conjunto batería-alternador ........................................ 44

3.1.5 Potencia eléctrica asociada de todas las pruebas con todos los dispositivos eléctricos

independientes ........................................................................................................................... 44

3.2 Resultados Prueba Dinámica ................................................................................................... 46

3.2.1 Comportamiento de la potencia eléctrica en función del ciclo de conducción ................ 46

3.2.2 Comportamiento de la potencia eléctrica después de apagar los dispositivos eléctricos. 47

3.2.3 Comportamiento del alternador en función de las revoluciones del motor ...................... 48

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................................................................. 49

4.1 Prueba Estática con motor apagado (solo batería) .................................................................. 49

4.2 Prueba Estática con el conjunto batería-alternador y solo con alternador ............................... 50

4.3 Prueba Dinámica con la norma SAE J1082 ............................................................................ 51

5. CONCLUSIÓN ............................................................................................................................ 53

6. RECOMENDACIONES ............................................................................................................. 54

7. REFERENCIAS .......................................................................................................................... 55

ANEXOS .......................................................................................................................................... 56

A.1 Comportamiento del alternador .............................................................................................. 56

A.2 Descripción de los Dispositivos Electicos del Chevrolet Spark. ............................................ 57

A.3 Sistemas y Especificaciones Adicionales del Chevrolet Spark .............................................. 77

A.4 Resultados Individuales de la Prueba Estática ....................................................................... 79

Lista de Figuras

Figura 1 Escáner DashDyno SPD con almacenamiento de datos. (Auterra, 2010)........................... 24

Figura 2 Conector OBD II (Auterra, 2010) ....................................................................................... 24

Figura 3 Pinza amperimetrica Fluke 376 FC con almacenamiento de datos (Fluke, 2015) .............. 25

Figura 4 Especificaciones técnicas del sistema eléctrico del Chevrolet Spark (General Motors)..... 26

Figura 5 Montaje de prueba estática Chevrolet Spark ...................................................................... 27

Figura 6 Diagrama eléctrico del Spark con el motor apagado (solo batería) .................................... 29

Figura 7 Diagrama eléctrico del Spark en el arranque ...................................................................... 29

Figura 8 Diagrama eléctrico del Spark en ralentí con la batería y el alternador ............................... 30

Figura 9 Diagrama eléctrico del Spark en ralentí solo con el alternador .......................................... 30

Figura 10 Extensión del cable del alternador. Las flechas indican la dirección del flujo de corriente

........................................................................................................................................................... 31

Figura 11 Configuración del escáner con el computador mediante el cable de datos USB .............. 32

Figura 12 Escáner con base para colocar en el parabrisas (Auterra, 2010) ....................................... 32

Figura 13 Conexión del escáner al vehículo (Auterra, 2010) ............................................................ 32

Figura 14 Pantalla en la cual se escoge datos en tiempo real (Auterra, 2010) .................................. 33

Figura 15 Configuración "Meter 4 Screen" (Auterra, 2010) ............................................................. 33

Figura 16 Prueba dinámica en el Autódromo de Tocancipá ............................................................. 33

Figura 17 Ciclo de conducción urbano de la norma SAE J1082 (SAE International, 2008) ............ 34

Figura 18 Nuevo ciclo de conducción europeo (Bosch, 2017) ......................................................... 34

Figura 19 Datos obtenidos del voltaje y la corriente en ralentí ......................................................... 38

Figura 20 Variación en los datos obtenidos por la activación de un dispositivo eléctrico. Los

parámetros en las columnas siguen correspondiendo a tiempo, voltaje y corriente respectivamente.

........................................................................................................................................................... 39

Figura 21 Arranque del motor medido desde la salida del alternador ............................................... 40

Figura 22 Arranque medido desde el borne positivo de la batería .................................................... 41

Figura 23 Grafica representativa de la potencia asociada de todos los dispositivos eléctricos

alimentados solo con batería. ............................................................................................................ 42

Figura 24 Potencia asociada a los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo con el

alternador........................................................................................................................................... 43

Figura 25 Potencia asociada de todos los dispositivos eléctricos alimentados con el conjunto

batería-alternador .............................................................................................................................. 44

Figura 26 Potencia eléctrica que genera el alternador en función del ciclo de conducción .............. 46

Figura 27 Potencia eléctrica generada por el alternador después de apagar todos los dispositivos

eléctricos independientes y realizar nuevamente un ciclo de conducción. ....................................... 47

Figura 28 Comportamiento de la potencia eléctrica en función de las revoluciones del motor. ....... 48

Figura 29 Potencia asociada de todos los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo

por la batería. ..................................................................................................................................... 49

Figura 30 Consumo del sistema de ventilación interno del vehículo. ............................................... 49

Figura 31 Voltaje y corriente de las lámparas frontales encendidas ................................................. 50

Figura 32 Comportamiento del alternador ante la exigencia eléctrica máxima del Spark ................ 51

Figura 33 Comportamiento de la corriente entregada por el alternador y las revoluciones del motor

durante uno de los micros ciclos de conducción entre 0 a 32 km/h .................................................. 51

Figura 34 Curva característica de un alternador asumiendo condición estática del vehículo. (Ariza

Elena, 2010) ...................................................................................................................................... 56

Figura 35 Esquema Chevrolet Spark lámparas frontales .................................................................. 62

Figura 36 Luces Estacionarias........................................................................................................... 63

Figura 37 Lámpara Interior de la Cabina .......................................................................................... 64

Figura 38 Ubicación Lámpara Reversa ............................................................................................. 65

Figura 39 Palanca caja automática .................................................................................................... 65

Figura 40 Ubicación de las lámparas del freno ................................................................................. 66

Figura 41 Tablero de testigos del vehículo. ...................................................................................... 66

Figura 42 Ventilación interna del vehículo (General Motors) .......................................................... 67

Figura 43 Tablero del sistema de control de la ventilación interna del vehículo. ............................. 67

Figura 44 Diagrama de flujo de aire para la ventilación interna del vehículo. (General Motors) ..... 68

Figura 45 Diagrama del flujo del refrigerante para el aire acondicionado (General Motors) ........... 69

Figura 46 Ubicación de los limpiaparabrisas (General Motors) ....................................................... 70

Figura 48 Ubicación del interruptor de la bocina .............................................................................. 72

Figura 49 Radio original que viene con el Chevrolet Spark ............................................................. 72

Figura 50 Ventanas eléctricas delanteras .......................................................................................... 73

Figura 51 Ubicación del desempañador del parabrisas trasero ......................................................... 74

Figura 52 Sistema de Combustible del Chevrolet Spark (General Motors) ...................................... 77

Figura 53 Sistema de Enfriamiento Chevrolet Spark (General Motors) ........................................... 77

Figura 54 Sistema de encendido del Chevrolet Spark (General Motors) .......................................... 78

Figura 55 Especificaciones generales del Chevrolet Spark (General Motors) .................................. 78

Figura 56 Curva característica de Torque-Potencia Mecánica del Chevrolet Spark (General Motors)

........................................................................................................................................................... 79

Figura 57 Iluminación interna y externa del vehículo alimentada solo con batería .......................... 82

Figura 58 Consumo eléctrico del motor eléctrico del sistema de ventilación alimentado solo por la

batería ................................................................................................................................................ 82

Figura 59 Sistema de limpieza del parabrisas ................................................................................... 83

Figura 60 Ventanas eléctricas alimentadas solo por la batería .......................................................... 83

Figura 61 Todos los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo con la batería ........... 84

Figura 62 Iluminación interna y externa del vehículo alimentada solo con el alternador ................. 85

Figura 63 Ventilación interna del vehículo alimentada solo con el alternador ................................. 86

Figura 64 Sistema de limpieza del parabrisas ................................................................................... 86

Figura 65 Ventanas eléctricas alimentadas solo con el alternador .................................................... 87

Figura 66 Dispositivos eléctricos independientes restantes .............................................................. 87

Figura 67 Todos los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo con el alternador ...... 88

Figura 68 Iluminación interna y externa del vehículo (conjunto batería-alternador) ........................ 89

Figura 69 Sistema de ventilación (conjunto batería-alternador) ....................................................... 90

Figura 70 Potencia asociada del sistema de limpieza del parabrisas con el conjunto batería-

alternador........................................................................................................................................... 90

Figura 71 Potencia asociada ventanas eléctricas ............................................................................... 91

Figura 72 Dispositivos eléctricos restantes (conjunto batería-alternador) ........................................ 91

Figura 73 Potencia asociada de los dispositivos alimentados con el conjunto batería-alternador .... 92

Figura 74 Comportamiento del voltaje en función del ciclo de conducción ..................................... 92

Lista de Tablas

Tabla 1 Matriz de decisiones metodología de medición ................................................................... 22

Tabla 2 Instrumentos de medición .................................................................................................... 23

Tabla 3 Dispositivos eléctricos del vehículo ..................................................................................... 36

Tabla 4 Promedio de los promedios de la potencia asociada en cada prueba ................................... 45

Tabla 5 Datos de las condiciones del día en las que se realizó la prueba dinámica (medidos con un

termo anemómetro) ........................................................................................................................... 46

Tabla 6 Resumen de los dispositivos eléctricos independientes ....................................................... 77

Tabla 7 Potencia asociada a los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo con batería.

........................................................................................................................................................... 79

Tabla 8 Potencia asociada a todos los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo con

alternador. .......................................................................................................................................... 80

Tabla 9 Potencia asociada de todos los dispositivos eléctricos independientes alimentados con el

conjunto batería-alternador. .............................................................................................................. 81

Tabla 10 Datos de la Iluminación interna y externa del vehículo (solo batería) ............................... 81

Tabla 11 Datos de la ventilación interna del vehículo (solo batería) ................................................ 82

Tabla 12 Datos del sistema de limpieza del parabrisas (solo batería) ............................................... 83

Tabla 13 Datos de las ventanas eléctricas (solo batería) ................................................................... 83

Tabla 14 Dispositivos eléctricos restantes (solo batería) .................................................................. 83

Tabla 15 Datos de la Iluminación interna y externa del vehículo (solo alternador) .......................... 84

Tabla 16 Datos de la Iluminación interna y externa del vehículo (solo alternador) .......................... 85

Tabla 17 Datos del sistema de limpieza del parabrisas (solo alternador) .......................................... 86

Tabla 18 Datos de las ventanas eléctricas (solo alternador) .............................................................. 87

Tabla 19 Dispositivos eléctricos restantes (solo alternador) ............................................................. 87

Tabla 20 Datos de la Iluminación interna y externa del vehículo (conjunto batería-alternador) ...... 88

Tabla 21 Datos de la Iluminación interna y externa del vehículo (conjunto batería-alternador) ...... 89

Tabla 22 Datos del sistema de limpieza del parabrisas (conjunto batería-alternador) ...................... 90

Tabla 23 Datos de las ventanas eléctricas (conjunto batería-alternador) .......................................... 91

Tabla 24 Dispositivos eléctricos restantes (conjunto batería-alternador) .......................................... 91

RESUMEN

El presente trabajo es el resultado de la caracterización del consumo eléctrico de los

dispositivos eléctricos de un Chevrolet Spark con transmisión de potencia automática, el cual

es propiedad del departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de los Andes. Este

vehículo de combustión interna es utilizado como vehículo de pruebas para diferentes

proyectos relacionados con la dinámica vehicular, y en este caso fue utilizado para

caracterizar sus dispositivos eléctricos mediante la identificación de cada uno de ellos y la

medición de su consumo eléctrico individual y en conjunto por medio de la potencia eléctrica.

Para este proyecto fue necesario entender el sistema de conversión de energía mecánica a

eléctrica en el motor y su funcionamiento dentro del vehículo e identificar los dispositivos

eléctricos dependientes e independientes del ciclo de conducción, ya que algunos son

importantes para que el vehículo funcione correctamente, otros no. Una vez identificados

estos dispositivos, por medio de instrumentos de medición de voltaje y corriente se realizaron

dos etapas de estudio en las cuales se tomaron datos del consumo eléctrico de los dispositivos

cuando el vehículo se encuentra completamente quieto y funcionando en ralentí y cuando el

vehículo se encuentra el movimiento. La etapa del vehículo en movimiento se realizó en el

autódromo de Tocancipá. Los resultados de esas dos etapas de pruebas, así como el análisis

del sistema eléctrico de un vehículo convencional serán mostrados en este trabajo.

Palabras clave: Vehículo, Dispositivos Eléctricos, Consumo, Potencia Eléctrica y

Alternador.

12

INTRODUCCIÓN

Antiguamente, los vehículos con motor de combustión interna se limitaban a tener

dispositivos eléctricos básicos como lámparas externas y sistema de limpiaparabrisas para

cubrir necesidades básicas que un conductor podría tener cuando se trata de la visibilidad, un

factor clave para poder conducir un vehículo. Como eran pocos dispositivos eléctricos, la

magnitud del consumo de energía eléctrica que manejaba un vehículo era bastante reducida

y eso no conllevaba a tener un problema energético en dichos vehículos. Sin embargo, con

el paso del tiempo los vehículos cada vez son más sofisticados en términos eléctricos, por lo

que este consumo de energía eléctrica cada vez es mayor. Esta implementación de

dispositivos electrónicos se ha desarrollado debido a que la comodidad del usuario se

convirtió en un requerimiento importante para las compañías de automóviles, por lo que

ofrecer una mejor experiencia para el conductor como para los pasajeros se volvió una tarea

importante para los fabricantes de vehículos, ya que de cierta manera estos dispositivos y

accesorios eléctricos adicionales del vehículo se vuelven un atractivo importante a la hora de

escoger un vehículo entre toda la demanda disponible.

Como la cantidad de dispositivos y accesorios va en aumento, la magnitud del consumo

eléctrico es mucho mayor, por lo que se debe considerar también que el sistema de generación

y almacenamiento de energía eléctrica del vehículo debe estar en la capacidad de cubrir toda

la demanda eléctrica de los dispositivos eléctricos en el caso de que la mayoría de estos se

necesiten en operación por un tiempo bastante prolongado. Esta magnitud de consumo

eléctrico en la mayoría de los casos es desconocida, por lo que sería importante conocer el

consumo eléctrico en detalle de los vehículos, ya que existe la posibilidad de que un vehículo

no sea capaz de entregar toda la cantidad de energía eléctrica necesaria para que el vehículo

funciona a su máxima capacidad energética y eso puede ser un problema grave.

En el caso de que un vehículo no sea capaz de entregar toda la potencia eléctrica requerida,

se está planeando trabajar en un proyecto en el cual se busca aprovechar energía que se

desperdicia durante el funcionamiento del vehículo y transformarla en energía eléctrica para

suplir la demanda energética de los dispositivos eléctricos. De esta manera, por medio de

unas celdas térmicas se desea tomar el calor que disipa el exosto del vehículo y de alguna

13

manera transformarlo en energía eléctrica para devolverlo a los dispositivos eléctricos. Con

lo anterior, se espera que el alternador solo se encargue de entregarle energía a la batería para

mantenerla recargada. Esto podría ser un proyecto viable ya que el escape puede alcanzar

temperaturas considerablemente altas debido a que es el canal por donde el humo sale del

motor producto de la combustión interna entre el combustible y el aire. A partir de lo anterior,

se espera dar una respuesta a la siguiente pregunta: ¿Cuánta energía eléctrica debe entregar

las celdas al sistema eléctrico del vehículo a partir del calor generado por el escape? Para

lograr este objetivo, se debe caracterizar el sistema eléctrico mediante la identificación y

comprensión del funcionamiento de cada uno de los dispositivos eléctricos para así

determinar cuáles son los dispositivos eléctricos más relevantes, cual es el comportamiento

eléctrico de dichos dispositivos ante diferentes modalidades de funcionamiento, como se

comporta la generación de energía eléctrica cuando el vehículo se encuentra en movimiento,

entre otras cosas que serán de gran importancia para caracterizar el sistema eléctrico y

determinar el consumo de energía eléctrica. Con esto, será posible que, si el proyecto

planeado se desarrolla, se podrá obtener un mecanismo de conversión de energía que ayude

a cubrir la demanda eléctrica de un vehículo y ahorrar energía eléctrica.

14

1. OBJETIVOS

1.1 Objetivo General

Caracterizar el sistema eléctrico del Chevrolet Spark a partir del consumo eléctrico de los

dispositivos eléctricos presentes en el vehículo.

1.2 Objetivos Específicos

1. Identificar los dispositivos eléctricos primordiales para el funcionamiento del

vehículo y los dispositivos independientes del ciclo de conducción del Chevrolet

Spark.

2. Diseñar el experimento para recopilar los datos necesarios acerca del consumo

eléctrico del vehículo en cuestión.

3. Evaluar diferentes métodos e instrumentos de medición para tomar datos del consumo

eléctrico del vehículo.

4. Realizar pruebas diseñadas del consumo eléctrico bajo condiciones estáticas y

dinámica

5. Caracterizar el consumo eléctrico bajo las condiciones propuestas.

Estos objetivos específicos serán importantes para el desarrollo de este proyecto, ya que es

importante conocer en detalle los elementos eléctricos del vehículo, entender su

funcionamiento tanto de forma individual como en conjunto con otros dispositivos, diseñar

un método adecuado para tomar datos de consumo y caracterizar los resultados obtenidos.

15

2. METODOLOGIA

La metodología de medición consiste en tomar datos de voltaje y corriente del vehículo

cuando esté en funcionamiento. Con los datos de voltaje y corriente, se puede obtener

directamente la potencia eléctrica asociada a la medición de voltaje y corriente que se está

tomando en ese momento. Como el vehículo tiene un comportamiento diferente cuando está

en condición estática a cuando está en movimiento, es importante realizar mediciones de

potencia eléctrica en esos dos estados, por lo que las mediciones se realizan en dos

condiciones: condición estática y condición dinámica.

En condición estática se tomarán datos de voltaje y corriente para poder obtener el consumo

eléctrico que solicitan los dispositivos eléctricos independientes del ciclo de conducción tales

como el radio, las lámparas frontales, el limpiaparabrisas entre otros. La idea de esta prueba

es encender uno por uno cada dispositivo eléctrico y medir el cambio en el voltaje y la

corriente que ocurren por encender dicho dispositivo. Con este cambio y teniendo como

referencia principal la potencia eléctrica que consume el vehículo solo cuando esta

encendido, la diferencia entre la potencia eléctrica medida con el dispositivo eléctrico

encendido y la potencia eléctrica base dará como resultado la potencia eléctrica asociada a

ese dispositivo eléctrico.

Como cada dispositivo eléctrico tiene un funcionamiento particular como el tipo de

funcionamiento (constante o variable), niveles de intensidad o funcionamiento en conjunto

con componentes del motor, será importante tener en cuenta todos los posibles escenarios en

los que todos los dispositivos eléctricos pueden funcionar para poder caracterizar su

funcionamiento y con ello su consumo eléctrico.

Por otra parte, también se debe caracterizar el consumo de energía que solicita todo el

vehículo cuando está en movimiento, por lo que también se debe medir el voltaje y la

corriente del vehículo en movimiento. La conducción del vehículo es la parte más importante

de esta prueba, ya que, si se observa desde la parte energética, el vehículo probablemente se

va a comportar de manera diferente si es conducido en carrera a que sea conducido por la

ciudad. Asumiendo que el vehículo la mayor parte de su vida útil va a ser conducido en la

ciudad, se debe buscar una manera de poder obtener un ciclo de conducción característico

que determine la manera en la que los conductores suelen conducir por la ciudad. Para esto,

16

se decide usar un ciclo de conducción, el cual a través de un perfil de velocidad determina el

promedio de velocidades que los conductores suelen manejar dentro de la ciudad. Con esto

se logra determinar la potencia eléctrica máxima que puede consumir el vehículo en términos

de la velocidad del vehículo y del desempeño del motor teniendo en cuenta que este

comportamiento eléctrico seria en teoría el que se desarrolla cuando se conduce en la ciudad.

2.1 Diseño del experimento

Para poder realizar las dos pruebas propuestas, se debe diseñar el experimento para poder

obtener el voltaje y la corriente del vehículo de forma correcta reduciendo en lo posible

errores asociados a la medición. Lo primero será tener en cuenta las condiciones de la prueba

para que dichas pruebas puedan ser replicables en un futuro. Para la condición estática se

deben tener en cuenta las siguientes condiciones y consideraciones para que la prueba sea

válida y exitosa:

El vehículo debe estar estacionado en un sitio con buena ventilación o en un lugar

abierto, ya que el humo de la combustión del motor es nocivo para la salud en altas

cantidades, por lo que realizar la prueba en un sitio cerrado puede ser peligroso, ya

que la prueba puede durar horas y el humo se puede concentrar en el recinto.

Como la prueba puede durar mucho tiempo, es recomendado tener el nivel de la

gasolina en el tanque al menos por encima de la mitad de su capacidad, para que el

motor no presente problemas mientras está funcionando en ralentí. Otros fluidos

como el nivel de aceite en el motor, nivel de refrigerante, nivel de agua para los

limpiaparabrisas entre otros deben estar también en los niveles óptimos

recomendados por el fabricante para no afectar la prueba inesperadamente.

La prueba está planeada para ser realizada en las condiciones de operación de Bogotá,

por lo que idealmente la prueba puede ser realizada a la temperatura ambiente

promedio de Bogotá (15°C) y a una altura de 2 600 m.s.n.m. para que sea válida. Esto

con el fin de que la densidad del aire no cambie mucho, ya que puede afectar el

desempeño del motor.

Adicionalmente, el sistema de refrigeración del motor se activa automáticamente

cuando la temperatura del motor es muy alta y esto podría afectar las pruebas, por lo

que un sistema de ventilación externo es necesario para mantener el motor ventilado

17

y que la temperatura del motor no incremente. Si algún otro sistema del vehículo es

activado o desactivado de manera autónoma sin la intervención humana y este

depende de la electricidad para funcionar, se deben tomar las medidas necesarias para

evitar esa situación.

Todo lo mencionado anteriormente se realiza con el fin de poder replicar la prueba para

obtener resultados similares y consistentes entre sí. Replicar la prueba será necesario para

reducir el error asociado a eventos de carácter aleatorio y solo tener que lidiar con el error

sistemático asociado a los instrumentos de medición. Lo recomendado es que se repita la

prueba al menos 5 veces exactamente como se realiza la primera vez.

Con respecto a la prueba dinámica, esta prueba tiene más elaboración, ya que además del

voltaje y la corriente, se deben tener más variables en consideración como las revoluciones

del motor, la velocidad del vehículo, la distancia recorrida entre otras cosas como el lugar de

la prueba. Para realizar la prueba, se deben tener las siguientes condiciones:

El sitio de la prueba en lo posible debe ser cerrado (sin vehículos transitando) o de

ser posible con muy poco tráfico, ya que existe la posibilidad de que se cometan

infracciones de tránsito y/o un accidente no deseado durante la prueba.

Se deben tomar todas las medidas de seguridad para realizar la prueba. Estas medidas

incluyen protección para el piloto, botiquín y extintor para primeros auxilios en el

interior del vehículo, llanta de repuesto preparada y personal de apoyo logístico de

confianza para acudir a cualquier eventualidad inesperada.

Se deben seguir las condiciones de la prueba establecidas en el ciclo de conducción

si se llega a utilizar un ciclo de conducción estandarizado. Estas condiciones pueden

ser de carácter mecánico, ambiental, etc.

Se debe preparar el vehículo con anticipación. Nuevamente se deben revisar los

líquidos del vehículo, la presión en las llantas, los frenos etc. Si se usa alguna norma

estandarizada, se debe seguir al pie de la letra para que la prueba tenga validez

experimental.

Al igual que la prueba estática, es recomendado repetir la prueba el mayor número de

veces posible siempre en el mismo orden para reducir errores de carácter aleatorio.

18

El piloto debe ser único y la prueba debe haber sido practicada con anticipación. Esto

con el fin de poder replicar la prueba y que la experimentación no varié por un cambio

que puede no ser necesario.

2.2 Instrumentación

Para poder realizar la caracterización del consumo eléctrico, es necesario investigar métodos

y técnicas de experimentación válidas y viables para el completo desarrollo del proyecto.

Como en este proyecto es de particular interés obtener información cuantitativa de voltaje y

corriente, se deben evaluar todas las metodologías para obtener estos datos reduciendo los

errores asociados a la medición y simplificando futuros problemas que esta experimentación

podría presentar.

Métodos de medición de potencia

Hay muchas maneras posibles de determinar la potencia eléctrica de un dispositivo eléctrico

a partir del voltaje y la corriente que demandan. La diferencia radica en los instrumentos y el

tipo de medición que se desea realizar. Un método puede ser más seguro, preciso y exacto

que otro, por lo que es necesario exponer todos los métodos de medición de potencia

eléctrica, identificar las variables de medición de interés y una forma de poder estudiar

cuantitativamente la información obtenida para su respectivo análisis. Por otra parte, en este

proyecto se propone un estudio estático y dinámico del vehículo para poder analizar el

consumo eléctrico bajo diferentes condiciones de funcionamiento del vehículo. A

continuación, se presentan varias posibilidades investigadas para realizar la experimentación.

Medición directa de voltaje y corriente (con almacenamiento de datos)

Es posible tomar datos de voltaje y corriente, ya sea a través del propio instrumento o

tomando la señal de la medición del instrumento y transferirla a otro dispositivo para procesar

dicha información. Normalmente la magnitud de señales de voltaje en un vehículo no suele

ser tan alta (12V-14V) y es posible tomar las señales de voltaje mediante un divisor de voltaje

para reducir la señal de voltaje de salida. El problema principal es la magnitud de la corriente

que maneja el alternador, ya que la magnitud puede estar en un rango de 10 hasta 70 A. Esta

magnitud de corriente es bastante alta y podría ser peligroso tomar el dato de corriente por el

método convencional, por lo que se pueden usar métodos alternos como una resistencia

19

bastante grande para reducir la corriente en una señal de voltaje bastante pequeña para luego

ser procesada. Ya que se requiere procesar una gran cantidad de datos, almacenar los datos

es un método muy conveniente para caracterizar el consumo eléctrico del vehículo.

Medición directa de voltaje y corriente (sin almacenamiento de datos)

Este método es similar al de la sección anterior. La diferencia radica en que estos datos se

tomarían de forma manual mediante lecturas periódicas del instrumento por parte del usuario.

Esto es practico si solo se desea conocer unos cuantos datos en particular y el instrumento se

encuentra al alcance visual del usuario para realizar el seguimiento requerido. De lo contrario

este método seria completamente ineficiente, además de tener un error humano

considerablemente alto si los valores leídos son variables en el tiempo.

Resistencia Shunt

La resistencia Shunt es un dispositivo eléctrico el cual permite reducir grandes intensidades

de corriente para poder realizar una medición de la corriente que circula por la resistencia.

Esta medición se realiza teniendo en cuenta la ley de Ohm, por lo que la variable de medición

es el voltaje resultante de la resistencia aplicada al flujo de corriente. Con el voltaje medido

y conociendo el valor de la resistencia Shunt, es posible obtener la corriente que circula por

la resistencia. Otra manera de medir la corriente es que después de colocar la resistencia, se

mide la corriente de salida de la resistencia con otro instrumento de medición. De cualquiera

de las dos maneras, se debe colocar la resistencia en serie dentro del circuito. (M. Gilmore,

2006)

Datos de voltaje por Arduino.

El Arduino es una plataforma de hardware bastante útil para facilitar el desarrollo de

proyectos multidisciplinarios basados en la electrónica. Esto es útil cuando se desea obtener

autonomía de un proceso que comúnmente se tendría que realizar a mano como subir o bajar

una persiana dependiendo de la luminosidad del día. Arduino podría realizar esa acción si

como entrada tuviera un sensor que detectara la luminosidad, enviara esa señal al Arduino y

por medio de un código interno programado por el usuario, le dé una orden a un motor

eléctrico para subir o bajar dicha persiana (Torrente Artero, 2013). En este caso, se puede

recolectar la señal de voltaje directamente de la batería y del alternador para que con un

20

código interno se procesen los datos y se envíen a otro programa como LabView para

terminar de procesarlos y analizarlos.

La desventaja del Arduino es que tiene un rango de adquisición de señal hasta 5 V, por lo

que el uso de divisores de voltaje es necesario para poder obtener las señales deseadas.

Pinza Amperimetrica

La pinza amperimetrica es un instrumento de medición que sirve para medir voltaje,

corriente, resistencia y continuidad únicamente. Es parecida a un multímetro en cuando a

voltaje y resistencia, sin embargo, la especialidad de la pinza es que puede medir

directamente grandes intensidades de corriente gracias a unos sensores halla incorporados en

las pinzas. El método de medición de la corriente consiste en colocar la pinza en medio del

cable por donde fluye la corriente. De esta manera, se puede medir el campo magnético que

genera el flujo de corriente y eso se convierte en la corriente que se puede medir. El campo

magnético se puede medir gracias a los sensores Hall que contiene la pinza (Aguilera Nieves,

2011). La mayoría de las pinzas amperimetrica convenciones tienen un rango más amplio de

medición en comparación con un multímetro convencional (hasta 20 A), sin embargo, este

rango no es suficiente para las magnitudes que maneja un vehículo, por lo que una pinza

amperimetrica de grado industrial con un rango de medición más amplio sería muy útil para

el propósito planteado. Algunas de estas pinzas tienen la opción de almacenar y mostrar datos

en tiempo real, lo cual sería bastante útil.

Escáner de diagnóstico y mantenimiento automotriz

El escáner de diagnóstico es una herramienta que suele ser usada en los talleres automotrices

para encontrar, diagnosticar y resolver problemas relacionados con los vehículos. Para ello,

el escáner se conecta a un puerto OBD II (On Board Diagnostic) con lo cual es escáner logra

conectarse a todas las computadoras internas del vehículo para medir parámetros

relacionados con el área de diagnóstico de interés. Los parámetros disponibles del escáner

pueden variar dependiendo del vehículo. Sin embargo, un parámetro que siempre está

disponible independiente del vehículo es la medición directa del voltaje de la batería. La

mayoría de los escáners tiene la opción de almacenar datos para luego poder procesarlos, por

21

lo que este instrumento de medición sería una herramienta bastante útil para el propósito

planteado.

Selección de la metodología de medición

Para seleccionar la mejor manera de medir voltaje y corriente, se diseñó una matriz de

decisiones la cual funciona de la siguiente manera:

Se clasificaron las prioridades en un diseño experimental y se le asignó un porcentaje

de importancia de acuerdo a la experiencia personas dedicadas al diseño de

experimentos. Como ya se mencionó antes, la seguridad en la medición, el

almacenamiento de datos y las modificaciones al vehículo son las prioridades más

importantes debido a la gran intensidad de corriente manejada, la gran cantidad de

datos manejados y que una modificación seria e innecesaria puede afectar gravemente

el desempeño del vehículo.

A cada prioridad se le asigna una calificación de acuerdo a la dificultad que se

presente a la hora de efectuar la posible metodología en caso hipotético en el que se

fuera a desarrollar. Para esto se le asignó a 1 como Alto o Difícil, 2 como Medio o

Normal y 3 como Fácil o Bajo. Esto con el fin de encontrar la opción más viable y

sencilla para realizar la experimentación sin tener que complicar innecesariamente el

desarrollo del proyecto.

22

En la matriz, la metodología con más puntaje será la seleccionada para desarrollar la

caracterización eléctrica del vehículo. La matriz es la siguiente:

Tabla 1 Matriz de decisiones metodología de medición

Prioridades que

determinarán el

correcto proceso de la

medición

Porcentaje

de

importancia

Multímetro

convencional

Resistencia

Shunt Arduino

Pinza

Amperimetrica

Escáner de

diagnóstico

automotriz

Modificaciones 20% 2 2 2 2 3

Seguridad 30% 1 1 1 3 3

Almacenamiento de datos 20% 1 2 2 2 3

Disponibilidad de equipos 5% 3 1 3 2 1

Error en la medición 10% 1 3 2 3 1

Facilidad de manejo de

instrumentos 5% 3 3 1 3 2

Costo de los equipos 10% 2 1 3 1 1

Total 100% 1,5 1,7 1,8 2,35 2,45

Según la tabla mostrada, el escáner de diagnóstico parece ser la mejor opción para medir

parámetros de voltaje. Como el escáner no puede medir la corriente porque en los vehículos

no hay ningún computador interno que lo haga, se usará la pinza amperimetrica como

segunda mejor opción para medir la corriente que fluye por el circuito eléctrico del Spark.

Variables de medición.

Las variables utilizadas para la caracterización eléctrica son las siguientes:

𝑉𝑏: Voltaje base [V]

𝑉: Voltaje medido [V]

𝐼𝑏: Corriente base [A]

𝐼: Corriente medida [A]

𝑃𝑏: Potencia eléctrica base [W]

𝑃: Potencia eléctrica medida [W]

𝑃𝑎: Potencia eléctrica asociada [W]

𝑉: Velocidad del vehículo [km/h]

𝐷: Distancia recorrida [km]

𝑅𝑃𝑀: Revoluciones del motor [rpm]

23

La información de las variables de medición se encuentra en la siguiente tabla:

Tabla 2 Instrumentos de medición

Variables de

medición

Instrumento de

medición

Frecuencia

de Muestreo

[Hz]

Unidades de

Medición

Resolución

del

instrumento

Rango de

Medición

Voltaje Escáner

DashDyno SPD 0.125 V 0,1 24

Corriente Pinza

Amperimetrica 0.25 A 0,1 999,9

Revoluciones

del motor

Escáner

DashDyno SPD 0.125 RPM 1 16384

Velocidad

Instantánea

Escáner

DashDyno SPD 0.125 km/h 1 560

Distancia

Recorrida

Escáner

DashDyno SPD 0.125 km 0,1 804,6

Estos datos se tomarán con el siguiente propósito:

Voltaje: Es la variable que cuantifica la diferencia de potencial en la batería y la

tierra. Esta variable es de carácter continua y es requerida junto con la corriente para

calcular la potencia eléctrica y la potencia asociada al vehículo.

Corriente: Es el flujo de energía eléctrica que sale del alternador y recorre el circuito

eléctrico del vehículo. Esta variable es de carácter continua y es requerida junto con

el voltaje para estimar la potencia eléctrica del vehículo.

Revoluciones del motor: Es la cantidad de vueltas completas que da el cigüeñal del

motor por minuto. Esta variable es de interés ya que el alternador es movido por el

cigüeñal, por lo que la generación de energía es dependiente de la velocidad a la cual

gira el motor.

Velocidad Instantánea: Esta variable es de interés para controlar el ciclo de

conducción, debido a que este ciclo se realiza con velocidades específicas y el piloto

debe conocer la velocidad instantánea en todo momento de la prueba con el fin de

replicar dicho ciclo de conducción.

Distancia Recorrida: Esta variable es importante, ya que la programación del ciclo

de conducción en el escáner se hizo en base a la distancia recorrida, mediante cálculos

realizados con las ecuaciones básicas de cinemática teniendo en cuenta que hay

tramos donde la aceleración es constante o es nula.

24

Instrumentación seleccionada

Como se mencionó en la sección anterior, el escáner de diagnóstico y la pinza amperimetrica

son los instrumentos de medición que se utilizarán para caracterizar el Spark. A continuación,

se mostrará en detalle los instrumentos seleccionados:

Escáner DashDyno SPD con el software Dyno-Scan for Windows PC

Figura 1 Escáner DashDyno SPD con almacenamiento de datos. (Auterra, 2010)

Este dispositivo es un escáner el cual sirve para diagnosticar y verificar problemas

relacionados con el vehículo y analizar variables por medio de las computadoras internas que

el vehículo posee. Este escáner funciona para vehículos modelo 1996 en adelante de casi

todas las marcas de vehículos existentes en el mercado, los cuales tengan incorporado un

puerto OBD II. Este puerto es la principal comunicación entre las computadoras internas del

vehículo y el escáner por medio de un cable diseñado para tal propósito.

Figura 2 Conector OBD II (Auterra, 2010)

Normalmente este puerto se encuentra cerca de la zona de los pedales del piloto o en un

compartimiento cerca de la zona del piloto dentro de la cabina. El escáner es capaz de medir

hasta 280 parámetros dependiendo de las computadoras disponibles en el vehículo. Es

25

importante aclarar que no todos los parámetros son soportados por el vehículo (no aparecen

en el escáner) y de la misma manera, no todos los parámetros que parecerían ser soportados

por el escáner pueden ser medidos (aparecen en el escáner, pero no muestran valores).

Pinza amperimetrica Fluke 376 CF con software Fluke Connect

Figura 3 Pinza amperimetrica Fluke 376 FC con almacenamiento de datos (Fluke, 2015)

La pinza amperimetrica es un dispositivo electrónico el cual sirve para medir variables de

voltaje, resistencia, continuidad y corriente de manera directa y alterna por medio de

terminales positivos y negativos. Funciona con pilas AA y se usará para medir la corriente

directa que pasa por la extensión de cable positivo del alternador la cual se desvió dentro de

la cabina del copiloto para colocar la pinza dentro de la cabina y no dejarla dentro del motor

en donde el calor generado por la combustión puede afectar el instrumento. En la pinza

amperimetrica se activa la conexión Bluetooth para emparejar la pinza a un smarthphone

(Android/iOS) por medio de la aplicación Fluke Connect para tomar datos de la corriente

directa suministrada por el alternador.

2.3 Procesamiento de datos.

En trabajos previos se menciona una potencia eléctrica la cual se desarrolla cuando el motor

del vehículo está en ralentí. Esta potencia eléctrica seria la potencia eléctrica base

desarrollada para mantener el motor girando. Es el resultado de la multiplicación del voltaje

base de la batería y la corriente que el alternador está suministrando:

26

𝑃𝑏 = 𝑉𝑏 ∗ 𝐼𝑏 [𝑊]

Si en ralentí un dispositivo eléctrico es encendido, la corriente que suministrará el alternador

será mayor y el voltaje caerá un poco gracias a dicho dispositivo. Ese voltaje y corriente serán

los medidos cuando un dispositivo se encienda. La multiplicación de ese nuevo voltaje y

corriente será la potencia eléctrica medida del estado ralentí más el dispositivo encendido.

𝑃 = 𝑉 ∗ 𝐼 [𝑊]

Finalmente, si se resta la potencia eléctrica medida de la potencia eléctrica base, se obtendrá

la potencia eléctrica que consume solo el dispositivo eléctrico que fue encendido:

𝑃𝑎 = 𝑃 − 𝑃𝑏 [𝑊]

Dicha potencia asociada será lo que determinará el consumo eléctrico de cada uno de los

dispositivos eléctricos que se encuentran en el Chevrolet Spark. Por otra parte, la potencia

eléctrica medida será la que le dará valor a la potencia máxima que el vehículo consumirá

durante la prueba dinámica.

Hipótesis

La hipótesis se desarrolla en base a lo que contiene el manual de taller del Chevrolet Spark

sobre el consumo eléctrico durante el arranque y la capacidad eléctrica del alternador y la

batería. En la siguiente figura se puede apreciar las especificaciones eléctricas del motor de

arranque, el alternador y la batería:

Figura 4 Especificaciones técnicas del sistema eléctrico del Chevrolet Spark (General Motors)

De la figura 64, se espera que durante el arranque se consuman 800 W de potencia que vienen

directo de la batería. Durante el funcionamiento del motor, el alternador puede entregar una

potencia eléctrica máxima de 780 W. Se espera que el voltaje de la batería se encuentre en

un rango entre 12 a 14 voltios, debido a que la batería tiene un voltaje estándar de 12 V

27

debido a sus 6 celdas interna de 2 V cada una. El alternador aporta otros 2 V cuando carga la

batería para un total de 14 V. Por otra parte, los vehículos convencionales en ralentí suelen

manejar una corriente entre 5 a 15 A y una corriente total que puede llegar hasta los 70 A

dado que es el límite máximo del alternador.

2.4 Prueba Estática

Figura 5 Montaje de prueba estática Chevrolet Spark

La prueba estática se divide en 4 partes:

Medición de potencia eléctrica de los dispositivos eléctricos independientes solo con

la batería (motor apagado)

Medición de la potencia eléctrica desarrollada durante el arranque del motor.

Medición de la potencia eléctrica de los dispositivos eléctricos dependientes e

independientes, con el conjunto batería-alternador.

Medición de la potencia eléctrica de los dispositivos eléctricos dependientes e

independientes solo con el alternador (motor encendido)

Para todas las pruebas excepto el arranque, se realizan 5 tomas de datos, por lo que se tiene

un total de 16 pruebas. Para corroborar el modelo matemático propuesto, la primera prueba

estática se realiza con la posición de la llave en OFF y ACC, dado que el motor no consume

energía y cualquier voltaje y corriente que marquen el escáner y la pinza será directamente

la potencia eléctrica asociada que demanda dicho dispositivo eléctrico ya que la potencia

eléctrica base es cero. Luego, para las demás mediciones sin importar si se involucra el

alternador o ambos, el procedimiento para tomar datos es el mismo y es el siguiente:

28

Se inicia la recolección de datos en la pinza y en el escáner de forma manual al mismo

tiempo.

Se toma el dato de voltaje y corriente en ralentí durante un minuto.

Se enciende un dispositivo eléctrico independiente.

Después de dejarlo encendido dos minutos se apaga.

Se finaliza la recolección de datos en la pinza y el escáner.

En el caso de que el dispositivo eléctrico independiente tuviera diferentes intensidades de

funcionamiento, como el limpiaparabrisas o la ventilación interna del vehículo, se realizaban

mediciones de cada intensidad por separado. Este procedimiento se realiza para cada

dispositivo eléctrico independiente. La idea principal de esta prueba es poder cuantificar por

separado cuanta potencia eléctrica demandan estos dispositivos dependiendo de su

funcionamiento. Todos los datos de potencia asociada que se calculan de esta prueba son

contenidos en gráficas y los formatos creados para contener los datos obtenidos se encuentran

en los anexos.

Montaje experimental.

El diagrama eléctrico de un vehículo es bastante complejo y no es uno de los objetivos del

proyecto explicarlo en su totalidad. Sin embargo, se ilustrará una imagen en la que se

explicará un diagrama simplificado en el que se reparte la potencia eléctrica durante las

posiciones de la llave (las flechas indican el flujo de energía mecánica/eléctrica)

29

Diagrama con el motor apagado (solo batería)

Figura 6 Diagrama eléctrico del Spark con el motor apagado (solo batería)

Diagrama en el arranque

Figura 7 Diagrama eléctrico del Spark en el arranque

30

Diagrama del vehículo en ralentí con batería y alternador

Figura 8 Diagrama eléctrico del Spark en ralentí con la batería y el alternador

Diagrama del vehículo en ralentí solo con alternador

Figura 9 Diagrama eléctrico del Spark en ralentí solo con el alternador

Ya que el área de interés es el cable de la salida del alternador, se debe colocar la pinza

amperimetrica de ser posible lo más cerca a la salida. Sin embargo, existen dos

inconvenientes para colocar la pinza en ese lugar:

El cable de salida del alternador esta fuera del alcance de una persona, se encuentra

muy adentro en el motor.

31

De ser posible colocar la pinza en ese lugar, el calor disipado por el motor es muy

intenso y puede afectar las mediciones de la pinza, sin tener en cuenta que también

podría dañar la pinza.

Para solucionar esos inconvenientes, se realizó una extensión de ese cable pasa pasarlo por

dentro del vehículo a través de un orificio del chasis. De esa manera, la pinza está lejos del

calor del motor y en un lugar accesible y seguro para colocar y retirar la pinza cuando se

requiera.

Figura 10 Extensión del cable del alternador. Las flechas indican la dirección del flujo de corriente

El cable es AWG #4 de cobre con cubierta de caucho cuya capacidad máxima de amperaje

es de 70 A. Para la unión se utilizó dos terminales de ojo de cobre cuya capacidad también

es de 70 A. La configuración de la pinza es en modo “A DC” y la pinza se coloca de manera

que rodee el cable. Como la dirección es importante, la pinza se coloca de tal manera que la

magnitud de la corriente sea positiva para efectos prácticos de análisis.

Por otra parte, el escáner tiene su propio software para procesar los datos. El medio de

comunicación del escáner y el computador es por medio de un cable de datos, el cual se

coloca en el puerto USB del escáner y del computador, dando acceso directo desde las

computadoras internas del vehículo al software del portátil. El portátil junto con el escáner

se utiliza en la prueba estática. En la prueba dinámica solo se usa el escáner.

32

Figura 11 Configuración del escáner con el computador mediante el cable de datos USB

Así mismo, el escáner tiene una base, la cual se coloca en el parabrisas para fijarlo durante

las pruebas. Los cables se colocan de tal manera que no interfieran con el timón, los pedales,

la palanca del freno etc.

Figura 12 Escáner con base para colocar en el parabrisas (Auterra, 2010)

Figura 13 Conexión del escáner al vehículo (Auterra, 2010)

Finalmente, el escáner funciona con un bajo consumo de energía, por lo que las mediciones

relacionadas con la potencia eléctrica no se verán afectadas. El modo de configuración en el

33

escáner será “Meter 4 Screen” en el que se visualizarán en tiempo real las variables

mencionadas anteriormente en unidades del sistema internacional.

Figura 14 Pantalla en la cual se escoge datos en tiempo real (Auterra, 2010)

Figura 15 Configuración "Meter 4 Screen" (Auterra, 2010)

2.5 Prueba Dinámica

Figura 16 Prueba dinámica en el Autódromo de Tocancipá

La prueba dinámica consiste en realizar un ciclo de conducción urbano estandarizado por la

norma SAE J1082 en el Autódromo de Tocancipá. Esta norma es utilizada para medir el

consumo energético del combustible del vehículo en términos del ciclo de conducción. Sin

embargo, esta prueba será una modificación de la norma, ya que se utilizará el ciclo de

conducción urbano para medir el comportamiento eléctrico del vehículo en función de la

34

velocidad, de manera que se simule que el vehículo está operando como si estuviera

recorriendo la ciudad.

Figura 17 Ciclo de conducción urbano de la norma SAE J1082 (SAE International, 2008)

Un ciclo de conducción es un método usado por los fabricantes de autos para cuantificar el

consumo energético y las emisiones de un vehículo durante su funcionamiento en ciudad y

carretera. Existen muchos ciclos estandarizados como el NEDC (New European Driving

Cicle) el cual se construye a partir de un estudio muy extenso acerca del comportamiento al

volante de los conductores en Europa en zona urbana. Por lo general, el ciclo se reporta en

una gráfica que permite visualizar la velocidad del vehículo en función del tiempo (Bosch,

2017)

Figura 18 Nuevo ciclo de conducción europeo (Bosch, 2017)

0

8

16

24

32

40

48

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550

Vel

oci

dad

[km

/h]

Tiempo [s]

Ciclo de conducción urbano SAE J1082

35

Estos ciclos de conducción estandarizados se realizan con ciertas condiciones que pueden ser

obtenidas fácilmente para realizar pruebas con estos ciclos en un futuro. Para el caso de

Bogotá, no existe un ciclo de conducción estandarizado, por lo que muchos proyectos de

grado y tesis de maestría de ingenierías se han centrado en tratar de proponer un ciclo de

conducción estandarizado para Bogotá D.C. Desafortunadamente, los ciclos propuestos en

los proyectos son bastante distintos uno del otro debido a que los estudios se ha realizado en

diferentes zonas de la ciudad, en diferentes condiciones de experimentación y en resumen

sigue sin haber un ciclo de conducción para esta ciudad.

Con la prueba dinámica se espera obtener datos que permitan estudiar el comportamiento de

la energía eléctrica producida por el alternador en función de la velocidad que desarrolla el

vehículo, ya que el alternador es dependiente del motor de combustión interna, el cual es

dependiente del ciclo de conducción implementado por el piloto. Para lograr este propósito,

se modifica la norma SAE J1082 de la siguiente manera:

La norma exige que todos los dispositivos eléctricos independientes del

funcionamiento del motor como la radio, el A/C, limpiaparabrisas entre otros deban

estar apagados, de ser posible estén desconectados de la fuente de alimentación y las

ventanas cerradas. Por seguridad y de ser necesario, solo está permitido encender las

luces delanteras en caso de que la prueba se realice en una carretera con tránsito.

En este caso, la modificación de la norma es que todos los dispositivos eléctricos

independientes que funcionen de manera constante estén funcionando a máxima capacidad,

para poder cuantificar la demanda energética al alternador y la batería con el desarrollo de la

velocidad del vehículo en función del ciclo de conducción. Esos dispositivos mencionados

anteriormente se ilustran en la siguiente tabla:

36

Tabla 3 Dispositivos eléctricos del vehículo

Dispositivos Eléctricos Independientes Dispositivos Eléctricos Dependientes

Luces Delanteras Altas Sistema de inyección de gasolina

Luces estacionarias Sistema de refrigeración eléctrica del motor

por convección forzada

Luz Interior del techo Sistema de generación de energía eléctrica

Aire Acondicionado en la máxima intensidad Sistema de almacenamiento de energía

eléctrica

Desempañador parabrisas trasero Sistemas de seguridad y auxiliares

Radio

Limpiaparabrisas trasero

Limpiaparabrisas intensidad Alta

En la pausa de los 15 segundos entre los micro ciclos la norma exige registrar la

temperatura del combustible.

Esa parte se omite dado que dicho dato no es relevante para la prueba. Solo se frena y se

espera 15 a 30 segundos, el cual es el tiempo en promedio de la duración de un semáforo en

Bogotá.

Adicional a esto, el escáner cuenta con “alarmas” las cuales pueden dar aviso visual de las

situaciones asociadas a una programación previa que se realiza con los parámetros

disponibles. Las alarmas son tres bombillos LED de color verde, amarillo y rojo que pueden

ser configurados mediante un orden lógico según lo que se requiera a partir de un parámetro

de entrada y unos valores predeterminados. Estas alarmas serán utilizadas para indicar al

piloto de manera visual en que momento debe acelerar con el LED de color verde, en que

momento debe mantener una velocidad constante con el LED de color amarillo y en qué

momento debe frenar con el LED de color rojo. Estas instrucciones se implementan en las

alarmas del escáner en función del tiempo transcurrido y la distancia recorrida para asegurar

que ya sea por tiempo o por distancia, el piloto pueda replicar el ciclo de conducción

estandarizado. Este tiempo y distancia mencionados fueron calculados a partir de las

instrucciones incluidas en la norma SAE J1082 con las ecuaciones de cinemática con

aceleración lineal constante.

𝑉𝑓2 = 𝑉𝑖

2 + 2𝑎∆𝑥 [𝑘𝑚

ℎ]

37

𝑉𝑓 = 𝑉𝑖 + 𝑎𝑡 [𝑘𝑚

ℎ]

En donde 𝑉𝑓 , 𝑉𝑖 𝑦 𝑎 están dados en las instrucciones, de manera que la distancia

requerida ∆𝑥 y el tiempo requerido 𝑡 pueden ser calculados para incluir en el escáner. En

tramos de velocidad constante se utiliza la distancia recorrida dada en la y se divide en la

velocidad lineal durante el tramo para obtener el tiempo que demora el vehículo en recorrer

el trayecto.

El modo de configurar las alarmas consistió en calcular una sumatoria de distancias y tiempos

en donde teóricamente el vehículo debería realizar una acción durante el recorrido. Para

configurar esas alarmas, se debía usar dos alarmas por acción del ciclo. Las acciones son:

“Green Light On”

“Green Light Off”

“Yellow Light On”

“Yellow Light Off”

“Red Light On”

“Red Light Off”

“All Alarms Flash”

“All Alarms Off”

Con estas acciones, se usan los parámetros de distancia y tiempo para darle una acción a la

alarma. Un ejemplo es en el comienzo del ciclo. Teóricamente la aceleración de 2.1 m/s^2

de 0 a 24 km/h implica recorrer 11 m de distancia en 3 segundos. Estos datos son introducidos

en las alarmas de manera que durante ese intervalo la alarma cuya acción es “Green Light

On” sea activada y no se desactive hasta que los 11 m y 3 seg pasen en el escáner. Una vez

el valor medido supera los 11 m y 3 segundos, se desactiva la alarma mediante la acción

“Green Light Off” y se activa “Yellow Light On” el cual indica el tramo de velocidad

constante. La alarma no se desactivaría hasta haber recorrido los 330 m de distancia y 24

segundos de trayecto y en escáner se coloca ese valor más el que ya recorrió durante la

aceleración. El flash de todos los LED indicaría el fin del micro ciclo en donde hay que

esperar 15 segundos para arrancar de nuevo. De esta manera, se realizó una tabla en la que

se muestran los tiempos, distancias y acciones que deben realizar las alarmas.

38

3. RESULTADOS

Los resultados de la experimentación se dividen en dos partes: la primera será la prueba

estática divida en las 4 partes de experimentación antes mencionadas y la prueba dinámica

realizada en el Autódromo de Tocancipá. En esta sección solo se mostrarán los resultados de

ambas pruebas y en la siguiente sección serán analizados.

Antes de exponer los resultados, se dará una una breve descripción de cómo se debe procesar

los datos tomados para procesar los resultados de la prueba estática:

1. Según el tipo de prueba que se realicé, se debe tomar con el escáner principalmente

el dato de voltaje inicial que marca el escáner y el dato de corriente que toma la pinza

amperimetrica cuando el carro se encuentra en estado de ralentí. Si el vehículo se

encuentra apagado, por lo general solo habrá un dato de voltaje, ya que si el alternador

no gira, no debería producir energía y la pinza no marcará nada. Esos datos son los

mencionados datos base y se deben poner en la planilla de toma de datos (ver anexos).

Se recomienda tomar este dato mínimo por un minuto, máximo 2, ya que la cantidad

de datos obtenidos por ambos instrumentos es considerablemente alta. Los datos de

suelen ser entre 13 y 14 V para el voltaje base o en ralentí de la batería y entre 9 a 12

A para la corriente que sale del alternador respectivamente.

Figura 19 Datos obtenidos del voltaje y la corriente en ralentí

Como son bastantes datos, es recomendado realizar un promedio de voltaje y la

corriente, ya que ambos datos traen consigo en la medición un ruido, el cual no es

12

12,5

13

13,5

14

14,5

15

12

12,1

12,2

12,3

12,4

12,5

0 2 4 6 8 10 12 14

Vo

ltaj

e [V

]

Co

rrie

nte

[A

]

Tiempo [s]

Corriente Alternador Voltaje Bateria

39

muy significativo, pero realizar un promedio disminuirá el error asociado a dicho

fenómeno. Este promedio será el que su utilizará para calcular la potencia eléctrica

base promedio. También se puede intentar calcular directamente la potencia eléctrica

en cada segundo y al final hacer el promedio. Ese procedimiento arrojará un resultado

bastante similar.

𝑃𝑏 = 𝑉𝑏 ∗ 𝐼𝑏 = 14,2 𝑉 ∗ 12,2 𝐴 = 173,24 𝑊

2. Una vez tomados esos datos base, se procede a encender un dispositivo eléctrico. Para

esta explicación usaremos las lámparas frontales como ejemplo para calcular su

potencia asociada. Esta prueba es la que se realizó con batería y alternador. En este

punto se encienden las lámparas frontales y lo que se espera ver es una caída de

tensión en la batería y un aumento de la corriente producida por el alternador debido

a la cantidad solicitada de energía eléctrica. Si el dispositivo eléctrico exige

demasiada potencia eléctrica de golpe al ser activado, esto afectará al alternador y

con él, las revoluciones del motor también se verán afectadas por un breve instante.

Estos nuevos datos corresponden a un voltaje medido y una corriente medida que

corresponde al conjunto ralentí con las lámparas frontales. Nuevamente se toman

estos datos entre 1 a 2 minutos y una vez finaliza el tiempo, se termina la toma de

datos y se procede a realizar los cálculos para obtener la potencia asociada.

Figura 20 Variación en los datos obtenidos por la activación de un dispositivo eléctrico. Los parámetros en las columnas

siguen correspondiendo a tiempo, voltaje y corriente respectivamente.

𝑃 = 13,9 𝑉 ∗ 23 𝐴 = 319,7 𝑊

12,5

13

13,5

14

14,5

15

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25 30

Vo

ltaj

e [V

]

Co

rrie

nte

[A

]

Tiempo [s]


40

Una vez obtenida la potencia eléctrica medida, finalmente se puede calcular la

potencia asociada con la simple resta de la potencia medida menos la potencia base:

𝑃𝑎 = 𝑃 − 𝑃𝑏 = 319,7 𝑊 − 173,4 𝑊 = 𝟏𝟒𝟔, 𝟑 𝑾

Por lo tanto, la potencia asociada a las lámparas frontales es aproximadamente

146,3W.

3. Como toda medición experimental tiene asociada un error, es necesario calcular ese

error en la medición mediante fundamentos básicos de experimentación conocidos

como la incertidumbre sistemática, aleatoria, total y en el caso de la potencia, como

es una variable calculada y no medida, se debe usar la propagación de error teniendo

en cuenta las incertidumbres del voltaje y la corriente y la ecuación característica.

Esta incertidumbre debe ser calculada cuando esta prueba para este dispositivo

eléctrico en particular sea repetida al menos unas 5 veces. Es por esta razón que las

pruebas se demoran tanto tiempo, por lo que es recomendado trabajar con agilidad

para reducir el tiempo invertido en la toma de datos.

3.1 Resultados Prueba Estática

3.1.1 Potencia eléctrica asociada al arranque del motor.

En el arranque, la electricidad en vehículo se comporta de cierta manera dependiendo del

lugar en donde se realice la medición con la pinza. Si se mide la corriente que puede enviar

el alternador durante el arranque, se obtiene una gráfica como la siguiente:

Figura 21 Arranque del motor medido desde la salida del alternador

0

10

20

30

40

50

10,5

11,5

12,5

13,5

14,5

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Co

rrie

nte

[A

]

Vo

ltaj

e B

ater

ia [

V]

Tiempo [s]

Voltaje Bateria Corriente Alternador

41

De la gráfica se puede observar que la máxima corriente generada en el arranque del motor

es de 42 A con un voltaje de 11 V, por lo que la potencia eléctrica pico que entrega el

alternador durante el arranque es de 462 W. Esta potencia eléctrica se entrega tanto a la

batería como a los dispositivos eléctricos. Durante el estado de ralentí, la potencia eléctrica

asociada a los dispositivos eléctricos dependientes en promedio es de 140W.

Si se mide la corriente desde el borne positivo de la batería, se obtiene el siguiente resultado:

Figura 22 Arranque medido desde el borne positivo de la batería

La corriente con magnitud negativa indica que la dirección de la corriente es contraria a como

normalmente va el flujo. En el arranque, la batería entrega aproximadamente 70 A de

corriente a un voltaje entre 9 a 11 V al motor de arranque, bujías, bomba e inyectores de

gasolina y demás dispositivos que requieran electricidad para arrancar el motor. La mayor

parte se la lleva el motor de arranque. Por lo tanto, la potencia eléctrica en el arranque se

encuentra en un rango entre 630 a 810 W, tal como se describe en el manual de taller.

3.1.2 Potencia eléctrica asociada sin motor

Con el motor apagado, solo la batería alimenta los dispositivos eléctricos independientes que

se encienden en el vehículo. Los resultados son los siguientes:

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

10,5

11

11,5

12

12,5

13

13,5

14

14,5

15

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Co

rrie

nte

[A

]

Vo

ltaj

e B

ater

ia [

V]

Tiempo [s]

Voltaje Bateria Corriente Alternador

42

Figura 23 Grafica representativa de la potencia asociada de todos los dispositivos eléctricos alimentados solo con

batería.

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325

Lamp Interior del techo

Radio

Lamp Reversa

Aspersores

Limp. Lo

Bocina

Limp. Int

Limp. trasero

Lamp. Freno

Limp. Hi

Lamp. estacionarias

Calefacción Max

Desempañador

Ventilador Max

A/C Max

Aire Frio Max

Lamp. Frontales Bajas

Lamp. Frontales Altas

Ventana Eléctrica Piloto

Ventana Eléctrica Copiloto

Ventanas Eléctricas

Potencia Asociada [W]

43

3.1.3 Potencia eléctrica asociada solo con alternador.

Figura 24 Potencia asociada a los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo con el alternador

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325


Aspersores

Radio

Limp. Int

Limp. trasero

Lamp Reversa

Bocina

Limp. Lo

Lamp. Freno

Lamp. estacionarias

Limp. Hi

Refrigeración

Desempañador

Calefacción Max


Ventilador Max

Aire Frio Max





A/C Max


44

3.1.4 Potencia eléctrica asociada con el conjunto batería-alternador

Figura 25 Potencia asociada de todos los dispositivos eléctricos alimentados con el conjunto batería-alternador

3.1.5 Potencia eléctrica asociada de todas las pruebas con todos los dispositivos eléctricos

independientes

De los literales anteriores se puede observar que las pruebas realizadas arrojan resultados

muy similares, por lo que el modelo matemático funciona y tanto la batería como el

alternador pueden entregar la cantidad de energía eléctrica que el dispositivo eléctrico

necesita por separado. A continuación, se muestra una tabla que contiene el promedio de

potencias asociadas de diferentes pruebas para volver a sacar un promedio general del

consumo eléctrico de los dispositivos eléctricos independientes con su incertidumbre.

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00


Aspersores

Radio

Limp. trasero

Limp. Int

Lamp Reversa

Bocina

Limp. Lo

Lamp. Freno

Lamp. estacionarias

Limp. Hi

Refrigeración

Desempañador

Calefacción Max


Ventilador Max

Aire Frio Max





A/C Max


45

Tabla 4 Promedio de los promedios de la potencia asociada en cada prueba

Dispositivo

Eléctrico

Potencia

Asociada

1 [W]

Potencia

Asociada

2 [W]

Potencia

Asociada

3 [W]

Potencia

Asociada

4 [W]

Promedio

[W]

Desviación

estándar

[W]

Inc.

Total

[W]

Lamp. Front. Altas 140,6 148,7 146,7 141,2 144,3 4,025 35,86

Lamp. Front. Bajas 125,5 127,5 125,6 117,9 124,1 4,249 27,06

Lamp Reversa 23,32 24,22 24,89 21,89 23,58 1,296 6,619

Luces estacio. 79,59 72,25 72,97 68,17 73,24 4,727 17,43

Lamp Freno 55,80 56,61 56,21 51,81 55,11 2,223 13,92

Lamp. Antiniebla 58,20 51,60 56,70 55,80 55,58 2,829 18,26

Lamp Int. techo 10,80 10,47 10,66 9,120 10,26 0,777 7,264

Ventilador V1 33,91 34,88 34,04 33,45 34,07 0,596 15,85

Ventilador V2 52,51 54,91 54,97 52,58 53,74 1,384 16,44

Ventilador V3 81,66 83,52 84,36 80,78 82,58 1,648 26,85

Ventilador V4 128,8 129,8 127,8 126,4 128,2 1,445 34,50

Calefacción V1 34,68 33,89 34,39 31,35 33,58 1,519 16,11

Calefacción V2 50,50 52,40 54,03 50,76 51,92 1,639 16,18

Calefacción V3 75,87 79,46 77,82 74,28 76,86 2,259 26,28

Calefacción V4 119,0 115,2 115,0 115,1 116,1 1,970 35,93

Aire Frio V1 34,78 33,73 36,16 34,16 34,71 1,061 15,59

Aire Frio V2 52,85 58,27 56,61 54,97 55,68 2,316 14,97

Aire Frio V3 85,67 86,61 87,63 86,22 86,53 0,828 25,39

Aire Frio V4 139,9 145,0 142,4 136,2 140,9 3,767 35,09

A/C V1 183,3 177,3 184,6 181,4 181,7 3,210 24,94

A/C V2 207,7 190,1 203,6 199,5 200,2 7,561 23,47

A/C V3 229,0 210,1 228,9 223,7 223,0 8,888 33,03

A/C V4 256,3 253,8 270,1 244,8 256,2 10,47 41,87

Refrigeración 98,20 97,61 97,51 97,45 97,69 0,344 23,89

Desempañador 114,7 111,1 114,6 111,8 113,1 1,851 24,41

Radio 15,37 9,103 14,03 16,01 13,63 3,127 4,672

Aspersores 11,6 11,8 11,7 12,5 11,8 1,095 2,899

Limp. Lo 52,30 47,07 45,45 47,19 48,01 2,973 15,17

Limp. Int 65,02 66,36 67,20 69,03 66,90 1,678 23,13

Limp. trasero 18,98 16,69 18,97 18,53 18,29 1,091 4,168

Limp. Hi 75,36 77,06 74,56 70,07 74,26 2,984 23,75

Vent. Eléc. Pi. 202,2 206,5 197,8 196,5 200,8 4,565 32,87

Vent. Eléc. Cop. 184,2 190,6 200,2 199,5 193,6 7,651 25,35

Vent. Elec. 213,2 197,8 218,5 210,6 210,0 8,776 35,66

Bocina 41,07 38,48 41,52 39,60 40,17 1,391 13,71

46

3.2 Resultados Prueba Dinámica

La prueba se realizó con las siguientes condiciones de experimentación:

Tabla 5 Datos de las condiciones del día en las que se realizó la prueba dinámica (medidos con un termo anemómetro)

Peso extra

del vehículo

[kg]

Altura

[m.s.n.m]

Humedad

Relativa

[%]

Temperatura

Ambiente

[°C]

Presión

Atmosférica

[hPa]

Velocidad

del viento

[km/h]

Mínimo

160 2 605

42,9 13,6 752,9 0

Máximo 83,6 17,8 753,3 16,9

Final 94,2 18,1 753,6 16,9

La prueba se realizó con el cambio de la caja automática en “Drive” con el “Overdrive”

apagado (O/D Off) después de haber calentado el motor con más de 6 vueltas al circuito en

sentido anti horario. Según la norma SAE, si el vehículo no es capaz de replicar el perfil de

velocidades y aceleraciones del ciclo de conducción, se debe apagar el “Overdrive” para

obtener una mejor respuesta por parte del motor. En este caso fue necesario apagar el

Overdrive.

3.2.1 Comportamiento de la potencia eléctrica en función del ciclo de conducción

Como ya se mencionó anteriormente, en esta prueba se realiza un recorrido por el circuito

del autódromo siguiendo las instrucciones del ciclo de conducción predeterminadas en el

escáner con todos los dispositivos encendidos y funcionando a su máxima capacidad. Los

resultados son los siguientes:

Figura 26 Potencia eléctrica que genera el alternador en función del ciclo de conducción

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550

Po

ten

cia

Ele

ctri

ca [

W]

Vel

oci

dad

[km

/h]

Tiempo [s]

SAE J1082 Velocidad Potencia

47

La potencia eléctrica promedio generada por el Spark durante este ciclo de conducción se

encuentra en un rango entre 800 a 900 W cuando el vehículo se encuentra en movimiento.

En promedio la potencia eléctrica se encuentra en un rango entre

3.2.2 Comportamiento de la potencia eléctrica después de apagar los dispositivos eléctricos.

Cuando los dispositivos eléctricos se apagaron y se realizó un nuevo ciclo de conducción, el

alternador comienza a cargar la batería debido a que el consumo de la mayoría de los

dispositivos eléctricos tanto dependientes como independientes es mucho mayor que lo que

puede producir el alternador, por lo que la batería también debe aportar energía eléctrica para

poder cumplir con la demanda energética. La grafica es la siguiente:

Figura 27 Potencia eléctrica generada por el alternador después de apagar todos los dispositivos eléctricos

independientes y realizar nuevamente un ciclo de conducción.

0

100

200

300

400

500

600

0

8

16

24

32

40

48

56

64

72

80

88

96

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550

Po

ten

cia

Ele

ctri

ca [

w]

Vel

oci

dad

[km

/h]

Tiempo [s]

SAE J1082 Velocidad Potencia

48

3.2.3 Comportamiento del alternador en función de las revoluciones del motor

Figura 28 Comportamiento de la potencia eléctrica en función de las revoluciones del motor.

Como el alternador es dependiente del motor y más específicamente de la velocidad angular,

la potencia eléctrica producida por el alternador parece tener una relación bastante directa

con las revoluciones, en específico con la corriente producida, ya que, a mayor velocidad

angular, mayor corriente entrega el alternador a todos los dispositivos eléctricos del vehículo.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550

Po

tenci

a E

léct

rica

[W

]

Rev

olc

uio

nes

del

mo

tor

[RP

M]

Tiempo [s]

RPM Motor Potencia Eléctrica

49

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS

4.1 Prueba Estática con motor apagado (solo batería)

Figura 29 Potencia asociada de todos los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo por la batería.

Figura 30 Consumo del sistema de ventilación interno del vehículo.

De la figura 33 se puede observar que a medida que se encienden todos los dispositivos

eléctricos independientes, la potencia asociada va aumentando conforme se van activando

dichos dispositivos hasta el punto que alcanza una potencia eléctrica que varía entre 400 a

500 W, con un promedio de 460W debido al ruido provocado por el voltaje y los dispositivos

de consumo variable como las luces estacionarias. Por lo que el motor se encuentra apagado

y no debería haber consumo de energía eléctrica por parte de los dispositivos eléctricos

dependientes, los 460W que se muestran en la figura son los que consumen todos los

dispositivos eléctricos independientes disponibles los cuales son alimentados por la batería

460

0

100

200

300

400

500

600

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Po

tenci

a A

soci

ada

[W]

Tiempo [s]

50

en la máxima intensidad. Este dato podría ser el primer tentativo para conocer el consumo

máximo de estos dispositivos. Sin embargo, se desconoce si la potencia asociada podría ser

más alta porque la batería tiene un límite máximo de entrega de energía, por lo a la vez que

se está midiendo el consumo de los dispositivos eléctricos, también se está obteniendo la

potencia eléctrica máxima de la batería para este vehículo en particular. Una vez se apagan

todos los dispositivos, el consumo de energía disminuye a cero nuevamente. El mejor análisis

para esta prueba es decir que los dispositivos eléctricos independientes del funcionamiento

del motor del Chevrolet Spark tienen un consumo de energía eléctrica total mínimo de 460

W, sin incluir el motor.

Adicional a esto, es importante destacar un comportamiento singular en el sistema de

ventilación interno del vehículo, ya que sin importar la modalidad de la ventilación el

consumo de energía parece ser el mismo y solo depende de la intensidad del viento hacia el

interior del vehículo, por lo que se puede decir que cuando el motor se encuentra apagado,

solo el motor electico interno que contiene el ventilador es lo único que funciona en ese

sistema, alcanzando un consumo máximo de 77W en la máxima intensidad de ventilación.

4.2 Prueba Estática con el conjunto batería-alternador y solo con alternador

Figura 31 Voltaje y corriente de las lámparas frontales encendidas

10

12

14

16

18

20

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Vo

ltaj

e [V

]

Co

rrie

nte

[A

]

Tiempo [s]


Batería y

Alternador

Solo

Alternador

51

Figura 32 Comportamiento del alternador ante la exigencia eléctrica máxima del Spark

En este caso cuando se encienden las lámparas, el voltaje cae un poco y la corriente se eleva.

Si en medio de la medición se desconecta la batería, el voltaje tendrá picos mucho más

pronunciados y la corriente disminuye un poco y se torna mucho más constante. Esto

ocasiona que la incertidumbre en la prueba estática solo con alternador sea mucho más alta

que con el conjunto batería-alternador. Además, lo anterior también refleja que la batería de

cierto modo también funciona como un regulador del voltaje. Cuando solo se utilizó el

alternador, se intentó medir la máxima potencia asociada a los dispositivos eléctricos

independientes para poder cuantificarlo. Sin embargo, esto no se pudo hacer, ya que poco

antes de logran encender todas las cargas el vehículo se apagaba. De igual manera, se intentó

acelerar el motor para generar más energía, pero el vehículo también se apagó.

4.3 Prueba Dinámica con la norma SAE J1082

Figura 33 Comportamiento de la corriente entregada por el alternador y las revoluciones del motor durante uno de los

micros ciclos de conducción entre 0 a 32 km/h

10

11

12

13

14

15

16

17

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30 35

Vo

ltaj

e [

V]

Co

rrie

nte

[A

]

Tiempo [s]Corriente Alternador Voltaje Alternador

800

1600

2400

3200

4000

0

20

40

60

0 20 40 60 80 100 120 140 160

RP

M m

oto

r [R

PM

]

Co

rrie

nte

[A

]

Tiempo [s]

Corriente del alternador RPM Motor

52

La prueba dinámica arroja resultados bastante relacionados con las revoluciones del motor.

El aumento de revoluciones en el alternador hace que genere energía suficiente para cubrir

la demanda energética de todos los dispositivos eléctricos que estén en funcionamiento

excepto la batería, por lo que el alternador no es capaz de entregar energía suficiente para

todo el vehículo. Esto implica que cuando el vehículo está quieto y la batería tiene que

entregar energía eléctrica, esta se pierde ya que no está siendo recargada por la batería o se

recarga poca energía y con el tiempo la batería se quedará sin energía. Por otra parte, la

corriente del alternador es directamente proporcional a las revoluciones del motor y el

movimiento del vehículo hace que el alternador sea capaz de entregar aproximadamente 35

A adicionales al Spark, para un total de 70 A de corriente generada. Por lo tanto, se puede

afirmar que la potencia eléctrica generada por el alternador es directamente proporcional a la

velocidad del vehículo, más específicamente a las revoluciones del motor que se desarrollan

durante el ciclo de conducción que implemente el conductor.

53

5. CONCLUSIÓN

Finalmente se puede concluir de este trabajo que el consumo eléctrico máximo de un vehículo

de motor de combustión interna, en este caso del Chevrolet Spark de transmisión automática,

se encuentra en un rango entre 750 a 900 W de potencia eléctrica cuando se desarrolla un

ciclo de conducción urbano. Estos rangos de potencia eléctrica se generan en el máximo

cuando el vehículo acelera y cuando se mantiene una velocidad constante. En el momento de

la aceleración, con el incremento de las revoluciones del motor, la corriente producida por el

alternador aumenta el doble de golpe cuando todos los dispositivos eléctricos están

encendidos debido a la solicitud eléctrica. De resto, si el vehículo lo requiere el alternador

entrega energía eléctrica según las revoluciones del motor, ya que es dependiente del motor

y la batería entrega energía eléctrica solo si el alternador necesita apoyo eléctrico. Sin

embargo, a pesar de aumentar las revoluciones para generar más energía, durante la prueba

dinámica el alternador estaba al límite de su capacidad y la batería se descarga

constantemente durante toda la prueba. Incluso si el conjunto batería-alternador puede llegar

a entregar hasta 900 W de potencia eléctrica, los dispositivos eléctricos independientes

pueden llegar a consumir mínimo casi la mitad de ese producido (420 W). Como puede haber

una pérdida de energía tan masiva en este vehículo, sería bastante útil desarrollar un

mecanismo de conversión de energía capaz de poder complementarse con el conjunto batería-

alternador para evitar esa pérdida de energía. De esta manera tanto el conductor como los

usuarios del vehículo podrán hacer un uso más exigente del vehículo sin tener que

preocuparse por la electricidad y en el mejor de los casos, aprovechar el desperdicio de

energía en forma de calor para ahorrar energía eléctrica.

54

6. RECOMENDACIONES

El motor del Spark no tiene suficiente potencia mecánica para realizar un ciclo de

conducción tan exigente como el que esta estandarizado en la norma SAE J1082. Se

recomienda realizar un ciclo de conducción menos exigente o crear un ciclo de

conducción propio para este vehículo.

Se recomienda usar un sistema de ventilación adicional para realizar las pruebas

estáticas cuando el motor se encuentre encendido. Esto con el fin de que el ventilador

adicional ventile el motor y el ventilador eléctrico del sistema de refrigeración no se

encienda automáticamente y altere la toma de datos en curso.

Se recomienda buscar más instrumentos de medición. Instrumentos cuya frecuencia

de muestreo pueda ser cambiada para el beneficio de la experimentación y de ser

posible reducir el número de instrumentos para facilitar más la experimentación.

Se recomienda construir un modo alterno más fácil de replicar el ciclo de conducción,

ya que usar las alarmas del escáner y conducir al mismo tiempo es bastante

complicado. Un copiloto cuya función sea indicar las instrucciones del ciclo de

conducción sería muy útil.

Se recomienda practicar con anticipación el ciclo de conducción, de ser posible en el

vehículo de prueba. Esto con el fin de que el piloto pueda estar más familiarizado con

este ciclo. Para este proyecto ese ciclo solo se pudo realizar el día de la prueba en el

Autódromo con el Spark.

Se recomienda solicitar la revisión técnica de las lámparas antiniebla del Spark. En

este proyecto se hicieron funcionar gracias a que se conectó un multímetro en serie

para encenderlas, pero si se intentan encender con el interruptor no funcionan.

Se recomienda tratar de usar un circuito que sea lo más recto posible, ya que las curvas

del circuito del Autódromo obligan al conductor a reducir la velocidad por seguridad

y eso afecta toda la prueba dinámica.

Se recomienda desarrollar algún mecanismo de generación de energía eléctrica

adicional para entregar ya sea a los dispositivos eléctricos independientes o a la

batería para cubrir la demanda eléctrica total del vehículo.

55

7. REFERENCIAS

Aguilera Nieves, A. (2011). Mantenimiento de instalaciones solares fotovoltaicas. Editorial

Vértice.

Ariza Elena, J. (2010). UF1101: Mantenimiento del sistema de carga con alternador. TMVG0209.

ic Editoria.

Auterra. (2010). DashDyno SPD User Guide.

Bosch, R. (2017). Manual de la técnica del automovil. Barcelona: Editoria REVERTE S.A.

Cruz Moreno, J. E., Escorcia Quiroga, K. M., & Alvaréz Ojeda, R. A. (2016). Caracterización

consumo energia eléctrica vehículo convencional en las condiciones de Bogotá. Bogotá.

Fluke. (2015). 374 FC/375 FC/376 FC User Manual. U.S.A.

General Motors. (s.f.). Manual de Taller Chevrolet Spark . Europa.

Harry Crouse, W. (1993). Mecánica del Automovil. España: Marcombo.

M. Gilmore, C. (2006). Instrumentos de Medida Eléctrica. New York: McGraw Hill.

SAE International. (2008). Fuel Economy Measurement Road Test Procedure J1082.

Torrente Artero, O. (2013). ARDUINO Curso Práctico de Formación. Madrid: RC Libros.

56

ANEXOS

A.1 Comportamiento del alternador

Al ser el alternador dependiente del motor, el comportamiento que el alternador tiene con

respecto al desempeño del motor puede variar dependiendo del torque y la velocidad angular

entregador por el motor al alternador. A partir de esto, mediante la correcta experimentación

es posible realizar curvas características de la generación eléctrica de un alternador a partir

del número de revoluciones y de la corriente generada por este:

Figura 34 Curva característica de un alternador asumiendo condición estática del vehículo. (Ariza Elena, 2010)

A partir de la figura 9, se puede apreciar que, con el incremento de revoluciones del motor,

el alternador es capaz de entregar mayor corriente y por tanto puede entregar mayor potencia

eléctrica al vehículo. Estas curvas son propias de un alternador en específico, y estas curvas

se determinan a partir de un banco de pruebas especializado para determinar si el alternador

es capaz de suplir la demanda eléctrica de los dispositivos eléctricos tanto en condición de

ralentí como en movimiento. Para esto se requiere revisar el consumo eléctrico de los

dispositivos eléctricos que dependen del funcionamiento del motor y los que son

independientes del motor, lo cual es uno de los objetivos de este proyecto.

57

Por otra parte, se conoce que un motor eléctrico puede funcionar como generador de energía

si en vez de aplicar un flujo de corriente por los bornes para hacer rotar el eje, se hace rotar

el eje con algún mecanismo de giro para arrojar corriente por los bornes. El proceso inverso

de generación de energía no tiene el mismo desempeño energético dado que el motor

eléctrico no se diseñó para tal propósito. Sin embargo, el proceso de funcionamiento es

similar, por lo que es válido estudiar el comportamiento del alternador desde el punto de vista

de un motor eléctrico inverso. Esto se utiliza para entender el comportamiento de la

generación de energía del alternador cuando el vehículo se encuentra en movimiento.

A.2 Descripción de los Dispositivos Electicos del Chevrolet Spark.

Con el avance tecnológico, la implementación, mejora y complejidad de los dispositivos

eléctricos asociados a un vehículo es cada vez mayor. Antiguamente un vehículo cuyo

modelo sea anterior al 2000 solo tenía dispositivos eléctricos básicos como la ventilación, el

radio, luces, limpiaparabrisas y los dispositivos importantes que funcionan con el motor

como la bomba hidráulica de la refrigeración, la ventilación del motor, la bomba de gasolina

entre otros. Hoy en día hay vehículos que, dependiendo del fabricante, poseen muchos

dispositivos electrónicos que son usados en su mayoría para satisfacer las necesidades de los

pasajeros, ofrecer una mejor experiencia de entretenimiento durante un viaje o mejorar el

desempeño mecánico del vehículo. Sin embargo, es de gran importancia aclarar cuáles de

esos dispositivos son dependientes del funcionamiento del motor y cuales son independientes

de este para poder determinar cuáles de estos dispositivos requieren un consumo obligatorio

de energía eléctrica y cuales no requieren de este consumo obligatorio, pero que pueden

demandar gran parte de la energía que debe suplir el alternador para su uso. En este caso solo

se nombrarán los dispositivos eléctricos identificados que tiene el Chevrolet Spark de la

Universidad de los Andes.

Dispositivos eléctricos dependientes del funcionamiento del motor

Son aquellos dispositivos que son necesarios para que el vehículo pueda funcionar. Sin estos

dispositivos el vehículo tendría problemas de funcionamiento o simplemente no funcionaria.

Como la identificación de estos dispositivos puede ser algo difícil ya que no están a simple

vista o no se pueden reconocer, se utilizó el manual de taller del Chevrolet Spark para conocer

en detalle los sistemas activados durante el funcionamiento del vehículo. De esta manera se

58

puede apreciar en mejor detalle estos dispositivos. Hay que aclarar que no todos los

dispositivos dependientes del funcionamiento del motor funcionan de la misma manera. En

esta sección se excluirá el alternador ya que fue explicado en una sección previa.

Sistema de arranque (motor eléctrico, distribuidor, bujías)

Sistema de combustible (bomba de gasolina, inyectores de gasolina, reguladores

etc.)

Sistema de generación de energía (alternador)

Sistema de almacenamiento de energía (batería)

Sistema de refrigeración del motor (ventilación)

Instrumentos de control y auxiliares.

Sistema de arranque

Para empezar, dispositivos de funcionamiento parcial como el motor de arranque solo

funciona durante el encendido del vehículo cuando la llave se encuentra en la posición

“Start”. Este motor tiene en el eje un piñón. Cuando recibe energía eléctrica de la batería, el

eje junto con el piñón se mueve en cierta dirección para engranar con la corona dentada del

volante de inercia gracias a un solenoide (electroimán) y hacerlo girar a un mínimo de 50

RPM. De esta manera, el cigüeñal que está unido al volante se mueve para iniciar el ciclo de

combustión. Una vez el volante gira más rápido que el piñón, el eje vuelve a su posición

original por el solenoide para evitar daños por exceso de revoluciones. Este motor eléctrico

es el dispositivo que más exige energía eléctrica en todo el vehículo, ya que puede consumir

de la batería hasta 360 amperios en solo tres segundos debido a que debe someterse a una

gran sobrecarga en corto tiempo comparado con su tamaño (Harry Crouse, 1993)

Por otra parte, el ciclo de combustión del motor es un proceso sincronizado, en el que la

combustión entre la mezcla aire-combustible ocurre justo en el momento preciso gracias a

las bujías, las cuales reciben energía eléctrica del distribuidor, a su vez alimentado por la

bobina de arranque que se alimenta de la batería. El distribuidor es un dispositivo eléctrico

que funciona continuamente desde el arranque del motor. Este dispositivo es de

funcionamiento continuo y como su nombre lo indica, su función principal es distribuir la

energía eléctrica a las bujías de manera parcial siguiendo un orden sincronizado, mediante

59

un eje y una leva la cual se encarga de cerrar el circuito entre la bobina alimentada por la

batería y la bujía. Este dispositivo es el que hace que el funcionamiento de las bujías sea

parcial y la frecuencia de la chispa depende del ciclo de conducción. (Bosch, 2017)

Sistema de combustible.

El sistema de combustible consta de muchos elementos que permiten admisión sincronizada

y controlada de la mezcla aire-combustible en la cámara de combustión para el

funcionamiento del motor. En los vehículos modernos se implementaron inyectores para

reemplazar los carburadores. Estos inyectores también son eléctricos y también requieren

energía eléctrica para su funcionamiento. Dependiendo del vehículo y el tipo de motor, hay

diferentes tipos de inyectores y diferentes formas de hacer que los inyectores alimenten las

cámaras de combustión, con el fin de mejorar el desempeño mecánico del vehículo. De la

misma manera que el distribuidor y las bujías, el sistema de combustible también tiene su

parte de funcionamiento continuo y parcial para el ciclo de combustión. (Bosch, 2017)

Sistema de almacenamiento de energía

La batería es el principal almacenador de energía. Sin la batería, no sería posible arrancar el

motor, ya que la batería durante el arranque entrega energía a todos los elementos que

requieran energía eléctrica para iniciar el ciclo de combustión. Su principal fuente de

alimentación es el alternador mediante un cable único que va de la salida positiva del

alternador al borne positivo de la batería. De la batería por el mismo cable de alimentación

sale otro hacia la caja de fusibles de la zona del motor y después hacia los dispositivos

eléctricos. El funcionamiento de la batería es de carácter químico, en el que las celdas están

constituidas por un acumulador que por lo general tiene nueve placas: cinco negativas y

cuatro positivas, unidas de manera alterna por medio de un puente. Cada una de las partes de

la batería está en un compartimento con una solución electrolítica que se compone de agua

destilada y ácido sulfúrico, por lo que, al combinar esta disolución con las distintas placas de

plomo, se produce una reacción química que genera corriente eléctrica. Cuando

administramos electricidad a la batería, el proceso se invierte haciendo volver el sulfato desde

las placas hasta el electrolito (Bosch, 2017). La batería tiene un voltaje, capacidad y corriente

de arranque en frio (CCV), los cuales varían dependiendo de la demanda energética del

vehículo. Normalmente si un vehículo tiene un motor más grande, es importante que la

60

batería sea capaz de suplir dicha demanda energética, por lo que puede haber baterías de 24V,

con capacidad de 235 Ah o más, con una corriente de arranque en frio bastante alta. En los

vehículos convencionales, particularmente el Chevrolet Spark, tiene una batería de 12V, con

una capacidad de 35 Ah y un CCV de 275.

Sistema de refrigeración del motor

Las maquinas que utilizan algún proceso termodinámico suelen desprender energía en forma

de calor como consecuencia de la perdida de conversión de energía. En algunas máquinas

esta disipación de energía en calor no representa ningún problema ya que esta energía es

bastante baja o la carga a la cual es sometida esa máquina es reducida. Sin embargo, en los

motores de combustión interna el incremento de temperatura por la reacción química

producida dentro del motor es un factor que no puede ser eliminado, pero debe ser controlado,

ya que un exceso de temperatura puede provocar que el motor se sobrecaliente y los

componentes internos del motor se dañen por completo.

Para evitar este sobrecalentamiento, se utiliza un sistema de refrigeración en el que un líquido

refrigerante (R-134-a, agua, aceite, aire) circula de manera forzada por el bloque del motor

gracias a una bomba centrifuga impulsada por el cigüeñal a través de una correa (igual que

el alternador). Para disipar el calor que el líquido refrigerante tomó del bloque del motor, el

refrigerante pasa por el radiador, un intercambiador de calor en el que el refrigerante es

enfriado por convección forzada de aire gracias a un ventilador. En algunos vehículos este

ventilador es impulsado directamente por el cigüeñal a través de correas y poleas, sin

embargo, en otros vehículos como el Spark este ventilador es accionado por un motor

eléctrico el cual se activa automáticamente cuando la temperatura del refrigerante dentro del

motor alcanza 93°C y se apaga de la misma manera cuando la temperatura desciende a 82°C.

(Harry Crouse, 1993)

Sistema de iluminación y auxiliares

Finalmente, los sistemas de iluminación y auxiliares son aquellos dispositivos que se activan

de manera automática y funcionan bajo ciertas condiciones, en su mayoría de carácter

dinámicas, para que el vehículo sea más seguro para los usuarios durante su manipulación.

Son bastantes sistemas los que operan en “segundo plano” por lo que simplemente serán

61

nombrados en esta sección a manera de ilustrar al lector sobre la existencia de estos en los

vehículos convencionales.

Dispositivos independientes del funcionamiento del motor

Son aquellos dispositivos que no son necesarios para que el vehículo funcione. Puede que, si

el sistema de refrigeración falla, el vehículo se recaliente y deje de funcionar. Sin embargo,

si el radio o la luz interior de la cabina no funcionan, el vehículo sigue funcionando sin ningún

problema. A diferencia de los dispositivos dependientes, estos dispositivos están a la vista y

pueden ser identificados y clasificados fácilmente. Otra de las diferencias con respecto a los

dependientes es que estos dispositivos pueden ser manipulados por el usuario del vehículo

en cuanto a encendido e intensidad en su funcionamiento. A continuación, se ilustran todos

los dispositivos independientes del Chevrolet Spark identificados y en cada uno se mostrará

una breve descripción de su funcionamiento.

Iluminación interna y externa del vehículo.

Lámparas frontales.

Luces estacionarias/de giro

Lámpara interior de la cabina.

Lámpara reversa.

Lámpara freno.

Ventilación interna del vehículo.

Ventilación.

Calefacción.

Aire Frio.

Aire Acondicionado.

Sistema de limpieza de parabrisas:

Limpiaparabrisas frontales


Aspersores de agua delanteros y trasero

Bocina

Radio

Ventanas eléctricas.

62

Ventana eléctrica piloto

Ventana eléctrica copiloto

Desempañador del parabrisas trasero

Lámparas frontales

Figura 35 Esquema Chevrolet Spark lámparas frontales

Son las lámparas que se encuentran la parte frontal del vehículo en los costados.

Normalmente son dos lámparas las cuales están conectadas entre sí en paralelo para cubrir

mayor área de iluminación en la parte delantera del vehículo. Estas lámparas pueden tomar

energía tanto del alternador como de la batería si el vehículo se encuentra con el motor

apagado. Estas lámparas son de largo alcance y normalmente se utilizan cuando el campo

visual del piloto en calle/carretera es reducido, es decir, cuando se usa el vehículo en zonas

con baja luminosidad y/o con lluvia intensa. Esto con el fin de que los demás conductores

que compartan la vía en sentido contrario se percaten de la presencia de los otros vehículos

durante el trayecto y evitar accidentes ya que la visibilidad del piloto en estas condiciones es

muy baja. Estas lámparas frontales se pueden usar en dos modalidades:

Lámparas delanteras bajas: El interruptor se gira y se coloca en la parte superior

para encender las luces en modo bajo. Con este modo el piloto es capaz de observar

como tal la parte inferior del campo visual. Esto se requiere cuando se necesita

observar detalles u objetos con un tamaño inferior para ser evadidos durante el

recorrido. La consecuencia de usar esta modalidad es que el campo visual en la parte

alta de la carretera se reduce considerablemente.

63

Lámparas delanteras altas: En esta modalidad se puede tener un campo visual más

largo en la parte alta de la carretera. Esto con el fin de poder observar más a la lejanía.

La consecuencia de usar esta modalidad es que el campo visual en la parte baja se

reduce. Se puede activar esta modalidad de dos maneras:

Si se mueve la palanca completa hacia adelante, esta se queda en esa posición las

luces altas quedan fijas. Para que esto funcione, se debe primero encender las luces

bajas y después mover la palanca hacia adelante. Por otra parte, si dicha palanca se

mueve por completo hacia atrás, las lámparas altas también se activarán. La diferencia

es que estas lámparas se activaran siempre y cuando el piloto mantenga la palanca en

esa posición de forma manual. Si el piloto suelta la palanca, esta volverá a su posición

original y las lámparas altas se desactivarán. En esta modalidad no es necesario

encender primero las lámparas bajas.

El consumo de energía de las lámparas frontales en general es que carácter constante, es

decir, su potencia asociada no varía con el tiempo.

Lámparas estacionarias/de giro

Figura 36 Luces Estacionarias

Las lámparas estacionarias funcionan de manera intermitente. Esto ocurre gracias a un par

de láminas bimetálicas las cuales entran en contacto cuando una de ellas recibe la energía de

la batería y/o el alternador dependiendo de si el vehículo se encuentra encendido o apagado.

Cuando una de las láminas recibe energía, se calienta y se dilata de manera que entra en

contacto con la otra lamina. Cuando esto pasa, las dos láminas cierran el circuito para que la

energía fluya hacia los bombillos. Cuando la primera lamina termina de entregar la energía,

64

se enfría y vuelve a su posición inicial hasta que vuelve a recibir energía y se dilata. Este

proceso de cerrar y abrir el circuito es la característica principal que hace que las lámparas

sean intermitentes. Esto se hace con el fin de que estas lámparas sean para dar un aviso visual

a los vehículos cercanos de un posible giro hacia una dirección o que el vehículo se encuentra

estacionado. Como su funcionamiento es intermitente, el consumo de energía es variable en

el tiempo.

Lámpara Interior de la Cabina

Figura 37 Lámpara Interior de la Cabina

Esta lámpara se encuentra en el techo del interior del auto, justo en medio del piloto y el

copiloto. La única función de esta lámpara es iluminar el interior de la cabina. Esta lámpara

es bastante útil cuando el vehículo se encuentra en una zona oscura (como un parqueadero

subterráneo) y los pasajeros necesitan tener luz dentro del vehículo. Esta lámpara tiene tres

modalidades: en la posición ON se mantiene encendida todo el tiempo, en la posición donde

se encuentra el punto justo en la mitad, la luz solo se enciende cuando al menos una de las

puertas está abierta. A veces los usuarios se pueden percatar de que una puerta quedó mal

cerrada si al cerrar la puerta la lámpara sigue encendida. En la posición OFF la lámpara

mantiene siempre apagada. El funcionamiento de este dispositivo es de carácter constante,

por lo que su consumo eléctrico también es constante.

65

Lámpara Reversa

Figura 38 Ubicación Lámpara Reversa

La lámpara de reversa está ubicada en la parte posterior del vehículo, específicamente en el

bumper. Se activa solo cuando la palanca de la caja automática se posiciona en “R” la cual

es la primera inicial de “Reversa” o “Reverse” en inglés. Esta lámpara tiene la función de dar

aviso a los vehículos cercanos que el vehículo va a dar marcha hacia atrás, para evitar un

choque entre vehículos. El funcionamiento de esta lámpara es de carácter constante, por lo

que su consumo es constante en el tiempo siempre y cuando el vehículo permanezca quieto.

De lo contrario, al acelerar para dar marcha al vehículo, el alternador entregará más energía

a la bomba de inyección de gasolina y a las bujías.

Figura 39 Palanca caja automática

66

Lámpara Freno

Figura 40 Ubicación de las lámparas del freno

Las lámparas de los frenos se encuentran en la parte posterior del vehículo. En la mayoría de

vehículos suelen ser dos lámparas las cuales están conectadas en paralelo. Las lámparas se

encienden cuando las luces delanteras están encendidas, con la finalidad de que el vehículo

tenga también iluminación para señalar en la parte posterior. Esto con el fin de percatar a los

conductores que van detrás del vehículo. Por otra parte, si el conductor oprime el pedal del

freno, las lámparas del freno se activarán siempre y cuando el conductor mantenga el pie

presionando el pedal. Cuando las luces delanteras están encendidas y se oprime el pedal del

freno, la intensidad de estas lámparas aumenta, para dar aviso a los conductores que viajan

atrás del vehículo que el vehículo está frenando, nuevamente para evitar un choque

indeseado. Estas lámparas tienen un consumo de energía constante.

Figura 41 Tablero de testigos del vehículo.

67

Ventilación interna del vehículo

La ventilación interna del vehículo hace referencia al sistema eléctrico que impulsa aire

dentro del vehículo para nivelar la temperatura interna del vehículo al gusto de los usuarios

que se encuentren dentro del vehículo. Normalmente la ventilación se utiliza como

calefacción si el ambiente exterior es frio o se usa el aire acondicionado si el ambiente

exterior es caliente. Esta ventilación se puede utilizar en 4 intensidades siendo 1 la más baja

y 4 la más alta, así como también se puede decidir por cuales orificios sale el aire entregado

por este dispositivo. A continuación, se mencionará como opera la ventilación dependiendo

de la modalidad seleccionada.

Figura 42 Ventilación interna del vehículo (General Motors)

Figura 43 Tablero del sistema de control de la ventilación interna del vehículo.

68

Figura 44 Diagrama de flujo de aire para la ventilación interna del vehículo. (General Motors)

Ventilador

Cuando la perilla se encuentra completamente vertical, solo esta accionado el ventilador del

vehículo, el cual puede hacer circular aire desde afuera del vehículo o recircular el aire

interno, dependiendo de la posición que se coloque en la perilla de control de temperatura.

La dirección deseada para circular el aire depende de la perilla de circulación de aire. Este

ventilador es de carácter eléctrico y su consumo eléctrico depende de la intensidad de la

velocidad que se coloque en la perilla de la velocidad de rotación del ventilador, donde 1 es

el más bajo y 4 es el más alto. Lo esperado es que, a mayor intensidad, el ventilador va a

consumir más energía eléctrica. Esta modalidad no suele ser tan utilizada como el aire

acondicionado o el calefactor.

Aire Frio y Calefactor

El calefactor es la modalidad en la que el aire entregado por el ventilador es caliente. Esto se

suele usar cuando la temperatura en el vehículo es demasiado baja y se quiere nivelar, por lo

que circular aire caliente por el vehículo es la solución para esta situación. Por otra parte, la

calefacción también se utiliza para desempañar el parabrisas y las ventanas laterales. La

calefacción funciona gracias a un módulo en la parte del motor por donde circula el

refrigerante caliente que viene del motor en forma de mini radiador. Cuando se activa la

calefacción, el aire forzado por el ventilador se desvía por el modulo realizando convección

forzada con en refrigerante para calentar el aire y de esa manera sale hacia el interior del

69

vehículo. Algunos vehículos más sofisticados utilizan una resistencia eléctrica en vez del

refrigerante para calentar el aire. Gracias a que la calefacción funciona con el refrigerante del

motor, en cierto modo esta modalidad de ventilación es dependiente del motor, ya que, si el

motor está apagado, no puede circular el refrigerante caliente, por lo que no habría aire

caliente. Según el manual de taller, el calefactor alcanza una potencia calorífica máxima de

7 300 cal/h. Por otra parte, el aire frio es el aire que pasa por convección forzada por el

refrigerante frio.

Aire Acondicionado

El aire acondicionado es un sistema más complejo, ya que involucra más sistemas mecánicos

como un compresor, un condensador, una válvula de expansión y un evaporador para su

funcionamiento. El aire acondicionado se activa cuando la perilla de control de temperatura

se encuentra en la posición de aire frio y se activa el botón A/C. Si se intenta presionar el

botón sin que la perilla de temperatura esté en la posición de aire frio, el botón no funciona

y el sistema de aire acondicionado no se activa.

Figura 45 Diagrama del flujo del refrigerante para el aire acondicionado (General Motors)

El refrigerante que circula por el sistema del aire acondicionado es el R-134a. El compresor

utilizado en este sistema gira directamente por el cigüeñal del motor por medio de una correa

y un par de poleas, igual que el alternador. Adicionalmente, el compresor pone una carga

extra al motor, lo que hace que el ventilador eléctrico del sistema de refrigeración se encienda

junto con el aire acondicionado independiente de la temperatura del refrigerante dentro del

motor. Esto quiere decir que el aire acondicionado en parte es dependiente del motor y de su

70

funcionamiento. El funcionamiento del aire acondicionado es constante en ralentí, pero

puede variar si se alteran las revoluciones del motor, debido a que el compresor es movido

por el motor. Por lo tanto, el consumo eléctrico del aire acondicionado es en conjunto con la

refrigeración del motor.

Sistema de limpieza del parabrisas

Figura 46 Ubicación de los limpiaparabrisas (General Motors)

Los limpiaparabrisas son un conjunto mecánico de motores eléctricos y eslabones, los cuales

funcionan en conjunto para limpiar el parabrisas de cualquier suciedad que reduzca la

visibilidad del piloto en la parte frontal o posterior. Cuando llueve mucho o está nevando, los

limpiaparabrisas son muy útiles para quitar el agua posada del parabrisas. El encargado

principal de la limpieza directa son unas plumillas las cuales vienen incluidas en una

estructura sólida. Estas plumillas suelen ser de goma o caucho para evitar rayar o poner

bastante fricción en el parabrisas cuando está funcionando, lo que causa un ruido incómodo.

Además, un coeficiente de fricción muy alto entre las plumillas y el parabrisas genera que el

motor eléctrico realice más torque y requieran más consumo de energía. El mecanismo que

utiliza el Chevrolet Spark es la biela manivela de 4 barras en el que usa un solo motor

eléctrico. Las barras convierten el movimiento rotacional que aporta el motor en movimiento

armónico en las plumillas con el fin de que, en cada pasada, las plumillas limpien una y otra

vez el área sucia que coincide con el capo visual del conductor.

Los limpiaparabrisas tienen su propia palanca en la parte derecha del timón del conductor.

Este mecanismo maneja tres intensidades las cuales pueden ser escogidas moviendo la

palanca en sentido anti horario. En la intensidad “INT” los limpiaparabrisas se accionan

haciendo el recorrido de ida y vuelta una vez cada 4 segundos. Esta intensidad se usa cuando

hay poca lluvia y no hay mucha agua que quitar del parabrisas. Esta intensidad es intermitente

71

al igual que las luces estacionarias, por lo que el consumo es variable en el tiempo. La

intensidad “LO” y “HI” es la intensidad baja y alta respectivamente. Estas intensidades se

utilizan cuando la lluvia es más intensa y se requiere que los limpiaparabrisas limpien el agua

del parabrisas con más frecuencia para que el conductor tenga mayor visibilidad.

Adicionalmente, si se mueve la palanca hacia adelante, se activará el limpiaparabrisas trasero.

Este limpiaparabrisas es independiente de los del frente en cuanto a intensidad y activación.

El limpiaparabrisas trasero solo maneja una única intensidad y puede ser activado

independiente de si los limpiaparabrisas frontales están activados o no.

Para aportar una mayor limpieza al parabrisas, los vehículos cuentan con dos aspersores de

agua los cuales se encuentran en el capo del vehículo y la salida de estos aspersores apuntan

directamente al parabrisas. Los aspersores funcionan gracias a unas bombas hidráulicas

alimentadas por motores eléctricos que mueven el fluido hasta la boquilla, donde el fluido en

algunos vehículos se convierte en rocío o sale el chorro de agua completo o un poco de ambas

hacia el parabrisas para facilitar la limpieza de este. El funcionamiento de estos aspersores

está ligado al funcionamiento de los limpiaparabrisas, ya que, si se acciona la palanca hacia

atrás, los aspersores se activarán y automáticamente los limpiaparabrisas también se

activarán para completar el proceso de limpieza. Los aspersores me mantendrán activos

mientras el conductor mantenga la palanca en esa posición. Al igual que las luces altas, si

suelta la palanca, los aspersores se desactivarán y el limpiaparabrisas también lo hará. El

limpiaparabrisas trasero también tiene un aspersor y se activa si se mueve la palanca un poco

más hacia adelante. No sobra mencionar que la cantidad de agua que pueden arrojar los

aspersores es limitada. Si se llega a agotar el agua hay que recargar agua manualmente en la

tubería designada para tal propósito. Las especificaciones técnicas del Spark indican que solo

se puede usar agua para estos aspersores.

Finalmente, el consumo eléctrico de los limpiaparabrisas depende del torque que el motor

eléctrico tenga que suministrar a las barras para llevar a cabo el proceso de limpieza. Además,

durante el breve momento en que los plumones terminan la distancia de carrera, es ahí donde

el motor eléctrico genera más torque, por lo que el consumo en esos puntos es el máximo de

todo el funcionamiento de este sistema. Por lo tanto, su consumo es variable en el tiempo.

72

Los aspersores si funcionan de manera constante, por lo que tienen un consumo de energía

constante en el tiempo.

Bocina de alta frecuencia

Figura 47 Ubicación del interruptor de la bocina

Al oprimir el interruptor de la bocina que casi siempre se encuentra en el centro del volante,

el circuito de la bocina se cierra y la energía eléctrica llega aun electroimán, el cual flexiona

un diafragma interno y lo separa de los contactos del ruptor. Esto ocurre con una frecuencia

bastante alta, lo que ocasiona que se produzca un sonido bastante fuerte que parece constante

(Bosch, 2017). El tono de la bocina depende del material del que esté compuesto el disco de

tono. El consumo eléctrico de la bocina parece ser constante en el tiempo y la bocina es

comúnmente utilizada para dar un aviso auditivo a los demás vehículos cercanos que se

encuentren en la carretera o a los peatones que se encuentren en medio de la carretera.

Radio

Figura 48 Radio original que viene con el Chevrolet Spark

73

El radio es un dispositivo eléctrico cuyo único propósito es ofrecer entretenimiento auditivo

al conductor y pasajeros que se encuentran dentro del vehículo. Este dispositivo es

completamente eléctrico y no aporta ningún beneficio al vehículo. Este dispositivo se puede

utilizar cuando el interruptor de la llave del vehículo se encuentre en la posición “ACC” y

“ON”, lo que significa que el radio se puede usar cuando el vehículo está apagado, pero con

la llave dentro del interruptor. Muchos vehículos permiten que el radio funcione de esta

manera ya que el radio es el que menos consume energía eléctrica en el vehículo. Su consumo

de energía eléctrica depende solo del volumen que se desee en el vehículo, ya que, al

aumentar el volumen del radio, la resistencia que opone corriente a las bocinas internas del

vehículo disminuye, por lo que hay más flujo de corriente y hay más consumo. De la misma

manera, este radio tiene la ranura de casete para reproducir audio grabado. Los motores

eléctricos encargados de mover la cinta de casete aportan un consumo de energía extra.

Ventanas eléctricas delanteras

Figura 49 Ventanas eléctricas delanteras

Las ventanas eléctricas utilizan un mecanismo similar al de los limpiaparabrisas. Consta de

un motor eléctrico que mueve el cristal hacia arriba o hacia abajo dependiendo en qué

dirección se oprima el interruptor de dicha ventana eléctrica. El mecanismo consta de un

motor eléctrico y dicho mecanismo convierte el movimiento rotacional del eje del motor en

movimiento traslacional. Actualmente existen muchas maneras de lograr ese mecanismo, por

lo que no se entrará en detalles acerca de este. Para cambiar el sentido en el que gira el eje de

un motor, basta con invertir la polaridad de la corriente y de eso se encarga el interruptor de

las ventanas. Esto permite que la ventana pueda subir y bajar al gusto del usuario. Este Spark

74

solo tiene ventanas eléctricas en la silla del piloto y el copiloto. Las ventanas de atrás se suben

y se bajan por el mecanismo básico de manivela utilizado antes de la implementación de las

ventanas eléctricas a los vehículos. El consumo de energía eléctrica de las ventanas se puede

clasificar en dos tramos.

Mientras el cristal sube/baja: Cuando esto ocurre, hay un consumo de energía

eléctrica constante en el tiempo. El consumo puede depender de si el cristal de la

ventana está siendo frenado por las gomas que protegen el mecanismo de toda la

ventana y de la fuerza que tiene que aplicar para mover el peso de todo el mecanismo

y el cristal incluido ya que es un movimiento vertical. Si el motor tiene que hacer

mayor esfuerzo, tenga que tomar más potencia eléctrica de la batería y el alternador

para poder funcionar.

Si el cristal ya se encuentra en el límite del recorrido del cristal: Si el cristal ya se

encuentra en la máxima posición y el interruptor se mantiene activado, el motor

eléctrico estará dando su máxima potencia mecánica, por lo que deberá consumir una

cantidad enorme de electricidad que viene de la batería y/o el alternador. Se

recomienda no mantener presionado el interruptor cuando la ventana ya está en el

límite del recorrido.

Desempañador del parabrisas trasero

Figura 50 Ubicación del desempañador del parabrisas trasero

75

En los días lluviosos se utiliza el calefactor dirigido al parabrisas frontal para desempañarlo

debido a que la humedad se posa sobre él disminuyendo la visibilidad del conductor. Sin

embargo, el parabrisas trasero también se puede empañar disminuyendo la visibilidad y el

vehículo no está diseñado para enviar aire caliente a la parte de atrás. Para esos casos, se

puede activar el desempañador, el cual consta de unos cables muy finos los cuales están

colocados sobre el vidrio de ese parabrisas de manera horizontal, separados entre sí cierta

distancia. Cuando se activa, la corriente fluye por estos cables calentando el vidrio lo

suficiente para disminuir la humedad posada en el vidrio. Con esto se consigue mayor

visibilidad en caso de que el conductor necesite dar reversa o simplemente ver hacia atrás

para ver que vehículos se encuentran cerca. La corriente para reducir la humedad es lo

suficiente para su propósito, pero en realidad es bastante baja, lo que quiere decir que si

alguien toca los cables no corre el peligro de electrocutarse ni quemarse por el calor generado.

El consumo eléctrico de esos cables es constante y no dependen del motor. (Harry Crouse,

1993)

Posición de la llave de encendido

Es importante mencionar las posiciones de la llave de encendido, ya que muchos de estos

dispositivos pueden funcionan en la etapa antes del “START” como hay otros se solo

funcionan con el vehículo en funcionamiento, es decir, cuando la llave vuelve a la posición

de “ON” después de arrancar el motor.

“OFF”: Esta posición es cuando todos los sistemas del vehículo están apagados. Solo

unos cuantos dispositivos eléctricos independientes pueden funcionar gracias a la

energía que aporta la batería. Solo en esta posición se puede introducir y extraer la

llave de encendido, por lo que esta posición siempre será la inicial para encender el

vehículo y la final para pagarlo por completo.

“ACC”: En esta posición se pueden activar algunos dispositivos eléctricos

adicionales a los que se pueden activar cuando la llave del vehículo se encuentra en

la posición “OFF”. Nuevamente, solo la batería alimenta todos los dispositivos

eléctricos.

76

“ON”: En esta posición se pueden activar más dispositivos eléctricos independientes,

además de que se activan algunos dependientes como la bomba de inyección del

combustible, ya que es necesario presurizar el combustible para poder iniciar el ciclo

de combustión.

“START/IGN 1”: En esta posición se inicia el ciclo de combustión del motor. En

esta posición se cierra el circuito y la batería le entrega casi toda la corriente al motor

de arranque y al distribuidor para ello. Una vez que el motor comienza a girar y sus

revoluciones se estabilizan, el alternador comienza a girar gracias al motor y este le

devuelve a la batería la energía eléctrica gastada en el arranque. Cuando el motor ya

está estable, el conductor debe soltar la llave y ella automáticamente volverá a la

posición de “ON”. De lo contrario puede dañar el motor de arranque y/o la corona

dentada del volante de inercia. En el manual de taller del Chevrolet Spark esta

posición se conoce como “IGN 1”

“ON/IGN 2”: Cuando el motor ya está en marcha, la llave vuelve a “ON”. En el

manual de taller esta posición se conoce como “IGN2”. Comúnmente se conoce

también como un vehículo en “ralentí”. En esta posición se pueden encender todos

los dispositivos mencionados anteriormente. Si el conductor quiere apagar el motor,

debe girar la llave a la posición “ACC”. En esta posición es donde se realizan las

pruebas para cuantificar el consumo eléctrico del vehículo.

77

Finalmente, en la siguiente tabla se resumirá todos los elementos independientes del ciclo de

conducción:

Tabla 6 Resumen de los dispositivos eléctricos independientes

Dispositivo Eléctrico Consumo de

Energía

Parcialmente

dependiente del

motor/ciclo de

conducción

Se puede usar

desde la

siguiente

posición de la

llave

Lámparas frontales Constante No ON

Lámparas estacionarias/de giro Variable No OFF

Lámpara interior de la cabina. Constante No OFF

Lámpara reversa. Constante Si ON

Lámpara freno Constante Si ACC

Ventilación. Constante No ACC

Calefacción Constante Si ON/IGN 2

Aire Frio. Constante Si ON/IGN 2

Aire Acondicionado Constante Si ON/IGN 2

Limpiaparabrisas frontales Variable No ON

Limpiaparabrisas trasero Variable No ON

Aspersores de agua delanteros y

trasero Constante No ON

Bocina Constante No OFF

Radio Variable No ACC

Ventana eléctrica piloto/copiloto Variable No ON/IGN 1

Desempañador Constante No ACC

A.3 Sistemas y Especificaciones Adicionales del Chevrolet Spark

Figura 51 Sistema de Combustible del Chevrolet Spark (General Motors)

Figura 52 Sistema de Enfriamiento Chevrolet Spark (General Motors)

78

Figura 53 Sistema de encendido del Chevrolet Spark (General Motors)

Figura 54 Especificaciones generales del Chevrolet Spark (General Motors)

79

Figura 55 Curva característica de Torque-Potencia Mecánica del Chevrolet Spark (General Motors)

A.4 Resultados Individuales de la Prueba Estática

Tabla 7 Potencia asociada a los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo con batería.

Dispositivo Eléctrico/Modo Potencia Asociada

Promedio [W] Inc. Total

Lamp. Frontales Altas 120,7 25,65

Lamp. Frontales Bajas 105,1 27,69

Lamp Reversa 20,07 10,25

Lamp. estacionarias 58,36 68,31

Lamp. Freno 42,65 19,54

Lamp Interior del techo 8,537 5,022

Ventilador Max 87,39 21,46

Calefacción Max 81,41 38,21

Aire Frio Max 94,45 34,86

A/C Max 94,34 17,90

Desempañador 84,7 10,52

Radio 10,4 25,83

Aspersores 21,75 9,400

Limp. Lo 26,86 16,77

Limp. Int 37,66 25,86

Limp. trasero 40,54 23,56

Limp. Hi 51,06 17,26

Ventana Eléctrica Piloto 144,8 17,26

Ventana Eléctrica Copiloto 146,3 16,00

Ventanas Eléctricas 256,4 48,54

Bocina 31,38 10,20

80

Tabla 8 Potencia asociada a todos los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo con alternador.

Dispositivo Eléctrico/Modo Potencia

Asociada [W] Inc. Total [W]

Lamp. Frontales Altas 149,1 81,3




Lamp. Freno 56,60 65,7





A/C Max 253,8 33,9

Refrigeración 100,4 54,4


Radio 15,10 41,8


Limp. Lo 47,10 32,8

Limp. Int 16,40 41,9


Limp. Hi 77,10 33,3




Bocina 38,48 18,0

81

Tabla 9 Potencia asociada de todos los dispositivos eléctricos independientes alimentados con el conjunto batería-

alternador.

Dispositivo Eléctrico/Modo Potencia

Asociada [W] Inc. Total [W]

Lamp. Frontales Altas 141.2 31,45




Lamp. Freno 51,81 15,35





A/C Max 244,8 23,9

Refrigeración 97,45 24,63


Radio 16,01 31,83


Limp. Lo 47,19 22,77

Limp. Int 19,03 31,86


Limp. Hi 70,07 23,26




Bocina 39,60 8,000

Iluminación interna y externa del vehículo.

Tabla 10 Datos de la Iluminación interna y externa del vehículo (solo batería)

Dispositivo

Eléctrico

Voltaje

Base[V]

Corriente

Base [A]

Potencia

Base[W]

Voltaje

Medido

Promedio

[V]

Corriente

Medido

Promedio

[A]

Potencia

Eléctrica

Promedio

[W]

Potencia

Asociada

Promedio

[W]

Lamp. Front. Alta 12,4 3,10 38,4 11,9 13,4 159 121

Lamp. Front. Baja 12,6 3,12 39,5 12,2 11,8 145 105

Lamp. Estación. 12,3 2,46 30,4 12,1 7,35 88,7 58,4

Lamp. Antini. 12,4 0,40 4,96 12,3 4,60 56,6 51,6

Lamp. Freno 12,4 0,40 4,94 12,3 3,86 47,6 42,6

Lamp. Reversa 12,5 3,14 39,1 12,3 4,80 59,2 20,1

Lamp. Interior 12,4 0,40 4,94 12,4 1,09 13,5 8,54

82

Figura 56 Iluminación interna y externa del vehículo alimentada solo con batería


Tabla 11 Datos de la ventilación interna del vehículo (solo batería)

Dispositivo

Eléctrico

Voltaje

Base[V]

Corriente

Base [A]

Potencia

Base[W]

Voltaje

Medido

Promedio

[V]

Corriente

Medido

Promedio

[A]

Potencia

Eléctrica

Promedio

[W]

Potencia

Asociada

Promedio

[W]

Ventilador V1 12,7 2,50 31,6 12,5 4,74 59,2 27,6

Ventilador V2 12,7 2,50 31,6 12,4 5,87 72,7 41,0

Ventilador V3 12,7 2,50 31,6 12,2 7,55 92,1 60,5

Ventilador V4 12,7 2,50 31,6 12,0 9,92 119 87,4

Calefacción V1 12,3 2,48 30,5 12,1 4,56 55,3 24,9

Calefacción V2 12,3 2,48 30,5 12,1 5,60 67,9 37,4

Calefacción V3 12,3 2,48 30,5 12,0 7,13 85,8 55,3

Calefacción V4 12,3 2,48 30,5 12,0 9,36 112 81,4

Aire Frio V1 12,4 3,10 38,3 12,2 5,40 65,9 27,6

Aire Frio V2 12,4 3,10 38,3 12,1 6,49 78,5 40,2

Aire Frio V3 12,4 3,10 38,3 12,0 8,30 99,6 61,2

Aire Frio V4 12,4 3,10 38,3 11,9 11,2 133 94,5

A/C V1 12,2 3,10 37,8 12,1 5,30 64,1 26,3

A/C V2 12,2 3,10 37,8 12,0 6,47 77,8 40,0

A/C V3 12,2 3,10 37,8 12,0 8,30 99,3 61,4

A/C V4 12,2 3,10 37,8 11,8 11,2 132 94,3

Figura 57 Consumo eléctrico del motor eléctrico del sistema de ventilación alimentado solo por la batería

121105,1

58,451,6

42,620,1

8,5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Lamp. Frontal AltaLamp. Frontal BajaLuces estacionarias

Lamp. AntinieblaLamp. Freno

Lamp. ReversaLamp. Interior

Potencia asociada [W]

89

59,6

39,6

26,6

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Ventilador V4

Ventilador V3

Ventilador V2

Ventilador V1


83


Tabla 12 Datos del sistema de limpieza del parabrisas (solo batería)

Dispositivo

Eléctrico

Voltaje

Base[V]

Corriente

Base [A]

Potencia

Base [W]

Voltaje

Medido

Promedio

[V]

Corriente

Medido

Promedio

[A]

Potencia

Eléctrica

Promedio

[W]

Potencia

Asociada

Promedio

[W]

Limp. Int 12,3 2,50 30,8 12,3 4,70 57,6 26,9

Limp. Lo 12,3 2,50 30,7 12,2 4,31 52,5 21,8

Limp. Hi 12,3 2,45 30,1 12,1 5,83 70,7 40,5

Limp. trasero 12,8 2,50 32,0 12,3 5,67 69,6 37,7

Aspersores 12,3 2,50 30,8 12,1 3,41 41,4 10,5

Figura 58 Sistema de limpieza del parabrisas

Ventanas eléctricas

Tabla 13 Datos de las ventanas eléctricas (solo batería)

Dispositivo Eléctrico Voltaje

Base[V]

Corriente

Base [A]

Potencia

Base[W]

Voltaje

Medido

Promedio

[V]

Corriente

Medido

Promedio

[A]

Potencia

Eléctrica

Promedio

[W]

Potencia

Asociada

Promedio

[W]

Vent. Eléct. piloto 12,2 3,08 37,4 11,6 15,7 182 145

Vent. Eléct. copiloto 12,3 3,08 37,9 11,6 14,8 172 134

Ventanas Eléctricas 12,5 3,10 38,9 11,5 25,7 295 256

Figura 59 Ventanas eléctricas alimentadas solo por la batería

Radio, bocina y desempañador

Tabla 14 Dispositivos eléctricos restantes (solo batería)

41

37,7

26,9

21,8

10,5

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Limp. Hi

Limp. trasero

Limp. Int

Limp. Lo

Aspersores


256

145

134

0 50 100 150 200 250 300

Ventanas Electricas

Vent. electrica piloto

Vent. electrica copiloto


84

Dispositivo

Eléctrico

Voltaje

Base[V]

Corriente

Base [A]

Potencia

Base [W]

Voltaje

Medido

Promedio

[V]

Corriente

Medido

Promedio

[A]

Potencia

Eléctrica

Promedio

[W]

Potencia

Asociada

Promedio

[W]

Desempañador 12,2 3,10 37,4 11,9 10,3 122 84,7

Radio 12,3 2,60 32,0 12,2 3,48 42,4 10,4

Bocina 12,4 0,40 4,94 12,4 2,93 36,3 31,4

Figura 60 Todos los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo con la batería

Iluminación interna y externa del vehículo

Tabla 15 Datos de la Iluminación interna y externa del vehículo (solo alternador)

Dispositivo

Eléctrico

Voltaje

Base

[V]

Corriente

Base [A]

Potencia

Base [W]

Voltaje

Medido

Promedio

[V]

Corriente

Medido

Promedio

[A]

Potencia

Eléctrica

Promedio

[W]

Potencia

Asociada

[W]

Lamp. Front. Altas 14,3 8,70 124 13,9 19,6 273 149

85

31,4

10,4

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Desempañador

Bocina

Radio


256

144,8

133,8

120,7

105,1

94,5

84,7

58,4

51,6

42,6

40,5

37,7

31,4

26,9

21,8

20,1

10,5

10,4

8,5

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275

Ventanas Electricas

Vent. Electrica Piloto

Vent. electrica copiloto

Lamp. Frontal Alta

Lapm. Frontal Baja

Ventilador V4

Desempañador

Luces estacionarias

Lamp. Antiniebla

Lamp. Freno

Limp. Hi

Limp. trasero

Bocina

Limp. Int

Limp. Lo

Lamp. Reversa

Aspersores de Agua

Radio

Lamp. Interior


85

Lamp. Front. Bajas 14,4 8,72 125 14,1 18,0 253 128

Lamp. Reversa 14,5 8,80 128 14,4 10,6 152 24,2

Luces estacio. 14,4 8,80 127 14,3 14,0 199 72,3

Lamp. Freno 14,5 8,50 123 14,2 12,6 180 56,6

Lamp. Int. techo 14,6 8,50 124 14,5 9,3 134 10,5

Lamp. Antiniebla 14,6 8,60 125 14,2 12,9 183 58,2

Figura 61 Iluminación interna y externa del vehículo alimentada solo con el alternador


Tabla 16 Datos de la Iluminación interna y externa del vehículo (solo alternador)

Dispositivo

Eléctrico

Voltaje

Base [V]

Corriente

Base [A]

Potencia

Base [W]

Voltaje

Medido

Promedio

[V]

Corriente

Medido

Promedio

[A]

Potencia

Eléctrica

Promedio

[W]

Potencia

Asociada

[W]

Ventilador V1 14,5 9,01 131 14,4 11,5 166 34,9

Ventilador V2 14,4 9,21 133 14,3 13,1 188 54,9

Ventilador V3 14,5 9,23 134 14,2 15,3 218 83,5

Ventilador V4 14,5 9,00 131 14,1 18,5 260 130

Calefacción V1 14,5 9,30 135 14,4 11,7 168 33,9

Calefacción V2 14,5 9,32 136 14,4 13,1 188 52,4

Calefacción V3 14,5 9,39 136 14,4 15,0 216 79,5

Calefacción V4 14,5 8,58 124 14,1 16,9 239 115

Aire Frio V1 14,6 9,40 137 14,3 12,0 171 33,7

Aire Frio V2 14,6 9,00 131 14,4 13,1 189 58,3

Aire Frio V3 14,5 9,40 137 14,2 15,7 223 86,6

Aire Frio V4 14,3 8,58 123 14,1 19,0 268 145

A/C V1 14,3 9,50 136 13,9 22,6 314 177

A/C V2 14,4 9,61 138 13,8 23,8 329 190

A/C V3 14,6 9,60 140 13,6 25,7 350 210

A/C V4 14,5 8,60 125 13,4 28,3 379 254

Refrigeración 14,4 8,59 124 14,3 15,7 224 100

149

128

72,3

58,2

56,6

24,2

10,5

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Lamp.Frontales Altas


Luces estacionarias

Lamp. Antiniebla

Lamp.Freno

Lamp. Reversa

Lamp. Interior del techo

Potencia asociada[W]

86

Figura 62 Ventilación interna del vehículo alimentada solo con el alternador


Tabla 17 Datos del sistema de limpieza del parabrisas (solo alternador)

Dispositivo

Eléctrico

Voltaje

Base [V]

Corriente

Base [A]

Potencia

Base [W]

Voltaje

Medido

Promedio

[V]

Corriente

Medido

Promedio

[A]

Potencia

Eléctrica

Promedio

[W]

Potencia

Asociada

[W]

Limp. Int 14,4 9,60 138 14,3 14,3 205 66,4

Limp. Lo 14,4 9,61 139 14,4 12,9 186 47,1

Limp. Hi 14,4 8,56 123 14,1 14,2 201 77,1

Limp. trasero 14,6 8,58 125 14,5 9,77 142 16,7

Aspersores 14,4 8,59 124 14,4 9,40 135 11,5

Figura 63 Sistema de limpieza del parabrisas

100

177

190

210

254

33,9

52,4

79,5

115

33,7

58,3

86,6

145

34,9

54,9

83,5

130

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275

Refrigeración

A/C V1

A/C V2

A/C V3

A/C V4

Calefacción V1

Calefacción V2

Calefacción V3

Calefacción V4

Aire Frio V1

Aire Frio V2

Aire Frio V3

Aire Frio V4

Ventilador V1

Ventilador V2

Ventilador V3

Ventilador V4


77

66,4

47,1

16,7

11,5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Limp. Hi

Limp. Int

Limp. Lo

Limp. trasero

Aspersores


87

Tabla 18 Datos de las ventanas eléctricas (solo alternador)

Dispositivo

Eléctrico

Voltaje

Base

[V]

Corriente

Base [A]

Potencia

Base [W]

Voltaje

Medido

Promedio

[V]

Corriente

Medido

Promedio

[A]

Potencia

Eléctrica

[W]

Potencia

Asociada

Promedio

[W]

Vent. Eléctrica. Pi. 14,4 8,7 125 13,4 24,1 322 197

Vent Eléctrica Co. 14,4 8,7 125 13,3 24,1 321 195

Vents Eléctricas 14,4 8,7 125 12,7 26,2 333 207

Figura 64 Ventanas eléctricas alimentadas solo con el alternador

Desempañador, radio y bocina

Tabla 19 Dispositivos eléctricos restantes (solo alternador)

Dispositivo

Eléctrico

Voltaje

Base [V]

Corriente

Base [A]

Potencia

Base [W]

Voltaje

Medido

Promedio

[V]

Corriente

Medido

Promedio

[A]

Potencia

Eléctrica

Promedio

[W]

Potencia

Asociada

[W]

Desempañador 14,5 8,60 125 14,0 16,9 236 111

Radio 14,4 8,50 122 14,4 9,10 131 9,10

Bocina 14,6 8,63 126 14,3 11,5 164 38,5

Figura 65 Dispositivos eléctricos independientes restantes

207

197

195

188 190 192 194 196 198 200 202 204 206 208 210

Vents Elects

Vent. Elec. Pi.

Vent Elec. Co.


111

38,5

9,10

0 20 40 60 80 100 120

Desempañador

Bocina

Radio


88

Figura 66 Todos los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo con el alternador

Iluminación interna y externa del vehículo

Tabla 20 Datos de la Iluminación interna y externa del vehículo (conjunto batería-alternador)

Dispositivo

Eléctrico

Voltaje

Base [V]

Corriente

Base [A]

Potencia

Base [W]

Voltaje

Medido

Promedio

[V]

Corriente

Medido

Promedio

[A]

Potencia

Eléctrica

[W]

Potencia

Asociada

Promedio

[W]

Lamp. Front. Altas 14,3 12,2 175 14,0 23,0 321 147

Lamp. Front. Bajas 14,3 11,9 170 14,1 21,0 296 126

Lamp Reversa 14,4 11,7 169 14,3 13,6 194 24,9

Luces estacionarias 14,3 11,6 166 14,2 16,8 239 73,0

Lamp. Freno 14,4 11,0 158 14,2 15,2 215 56,2

Lamp. Int. techo 14,4 10,6 153 14,3 11,4 163 10,7

Lamp. Antiniebla 14,4 10,4 149 14,2 14,5 206 56,7

254

207

198

149

145

130

128

115

111

100

77,1

72,3

66,4

58,2

56,6

47,1

38,5

24,2

16,7

11,5

10,5

9,1

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275

Aire Acondicionado V4

Ventana Electrica Piloto

Ventanas Electricas

Lamp.Frontales Altas

Aire Frio V4

Ventilador V4


Calefacción V4

Desempañador

Refrigeracion del motor

Limpiaparabrisas Hi

Luces estacionarias

Limpiaparabrisas Int

Lamp. Antiniebla

Lamp.Freno

Limpiaparabrisas Lo

Bocina

Lamp. Reversa


Aspersores

Lamp. Interior del techo

Radio


89

Figura 67 Iluminación interna y externa del vehículo (conjunto batería-alternador)

Sistema de ventilación interno

Tabla 21 Datos de la Iluminación interna y externa del vehículo (conjunto batería-alternador)

Dispositivo

Eléctrico

Voltaje

Base

[V]

Corriente

Base [A]

Potencia

Base [W]

Voltaje

Medido

Promedio

[V]

Corriente

Medido

Promedio

[A]

Potencia

Eléctrica

[W]

Potencia

Asociada

Promedio

[W]

Ventilador V1 14,4 11,8 170 14,3 14,2 204 34,0

Ventilador V2 14,4 10,3 149 14,3 14,2 204 55,0

Ventilador V3 14,4 10,2 148 14,3 16,3 232 84,4

Ventilador V4 14,4 12,5 180 14,1 21,8 308 128

Calefacción V1 14,5 10,2 148 14,4 12,7 182 34,4

Calefacción V2 14,4 10,2 146 14,3 13,9 200 54,0

Calefacción V3 14,5 10,2 148 14,3 15,8 225 77,8

Calefacción V4 14,3 10,4 149 14,1 18,7 264 115

Aire Frio V1 14,5 10,2 147 14,4 12,8 184 36,2

Aire Frio V2 14,4 12,8 184 14,3 16,8 241 56,6

Aire Frio V3 14,5 10,2 147 14,3 16,4 234 87,6

Aire Frio V4 14,4 10,2 147 14,1 20,6 289 142

A/C V1 14,5 10,2 147 14,1 23,6 332 185

A/C V2 14,4 10,3 149 14,0 25,1 352 204

A/C V3 14,4 10,3 148 13,9 27,1 377 229

A/C V4 14,3 10,2 147 13,7 30,4 417 270

Refrigeración 14,4 9,53 138 14,2 16,5 235 97,5

147

126

73,0

56,7

56,2

24,9

10,7

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Lamp. Front. Altas

Lamp. Front. Bajas

Luces estacionarias

Lamp. Antiniebla

Lamp. Freno

Lamp Reversa

Lamp. Int. techo


90

Figura 68 Sistema de ventilación (conjunto batería-alternador)


Tabla 22 Datos del sistema de limpieza del parabrisas (conjunto batería-alternador)

Dispositivo

Eléctrico

Voltaje

Base

[V]

Corriente

Base [A]

Potencia

Base [W]

Voltaje

Medido

Promedio

[V]

Corriente

Medido

Promedio

[A]

Potencia

Eléctrica

[W]

Potencia

Asociada

Promedio

[W]

Limp. Lo 14,4 10,3 148 14,3 13,5 194 45,5

Limp. Int 14,5 10,2 148 14,4 14,9 215 67,2

Limp. trasero 14,4 9,71 140 14,4 11,0 159 19,0

Limp. Hi 14,4 9,79 141 14,2 15,1 215 74,6

Aspersores 14,4 9,80 141 14,3 10,6 152 10,9

Figura 69 Potencia asociada del sistema de limpieza del parabrisas con el conjunto batería-alternador

98

185

204

229

270

36,2

56,6

87,6

142

34,4

54,0

77,8

115

34,0

55,0

84,4

128

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300

Refrigeracion

A/C V1

A/C V2

A/C V3

A/C V4

Aire Frio V1

Aire Frio V2

Aire Frio V3

Aire Frio V4

Calefacción V1

Calefacción V2

Calefacción V3

Calefacción V4

Ventilador V1

Ventilador V2

Ventilador V3

Ventilador V4


7567,2

45,519,0

10,9

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Limp. HiLimp. IntLimp. Lo

Limp. traseroAspersores

Potencia Asociada[W]

91


Tabla 23 Datos de las ventanas eléctricas (conjunto batería-alternador)

Dispositivo Eléctrico

Voltaje

Base

[V]

Corriente

Base [A]

Potencia

Base [W]

Voltaje

Medido

Promedio

[V]

Corriente

Medido

Promedio

[A]

Potencia

Eléctrica

[W]

Potencia

Asociada

Promedio

[W]

Vent. Eléctrica Pi. 14,4 9,8 142 13,4 25,3 339 198

Vent Eléctrica Co. 14,4 9,8 142 13,3 25,9 344 203

Vents Eléctricas 14,4 9,9 142 12,7 28,4 361 219

Figura 70 Potencia asociada ventanas eléctricas

Radio, bocina y desempañador

Tabla 24 Dispositivos eléctricos restantes (conjunto batería-alternador)

Dispositivo

Eléctrico

Voltaje

Base [V]

Corriente

Base [A]

Potenci

a Base

[W]

Voltaje

Medido

Promedio

[V]

Corriente

Medido

Promedio

[A]

Potencia

Eléctrica

[W]

Potencia

Asociada

Promedio

[W]

Desempañador 14,4 10,0 144 14,1 18,3 258 115

Radio 14,4 9,91 142 14,4 10,9 156 14,0

Bocina 14,4 9,56 138 14,3 12,5 179 41,5

Figura 71 Dispositivos eléctricos restantes (conjunto batería-alternador)

219

203

198

185 190 195 200 205 210 215 220 225

Vents Elects

Vent Elec. Cop.

Vent. Elec. Pi.


11541,5

14,0

0 20 40 60 80 100 120 140

Desempañador

BocinaRadio


92

Figura 72 Potencia asociada de los dispositivos alimentados con el conjunto batería-alternador

Figura 73 Comportamiento del voltaje en función del ciclo de conducción

270

218,5

197,8

146,7

142,4

127,8

125,6

115,0

114,6

97,5

74,6

73,0

67,2

56,7

56,2

45,5

41,5

24,9

19,0

14,0

11,1

10,7

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300

A/C V4

Ventanas Electricas

Ventana Electrica Piloto

Luces Delanteras Altas

Aire Frio V4

Ventilador V4

Luces Delanteras Bajas

Calefacción V4

Desempañador

Refrigeracion

Limpiaparabrisas Hi

Luces estacionarias

Limpiaparabrisas Int

Lamp. Antiniebla

Luz Freno

Limp. Lo

Bocina

Luz Reversa


Radio

Aspersores

Luz Interior del techo


9

9,5

10

10,5

11

11,5

12

12,5

13

13,5

14

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

Vo

ltaj

e [V

]

Vel

oci

dad

[km

/h]

Tiempo [s]

SAE J1082 Velocidad Voltaje

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