ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL 10332.pdf · LUIS ANDRÉS MERA MALDONADO . III DEDICATORIA Dedicado a...
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La versión digital de esta tesis está protegida por la Ley de Derechos de Autor del Ecuador. Los derechos de autor han sido entregados a la “ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL” bajo el libre consentimiento del (los) autor(es). Al consultar esta tesis deberá acatar con las disposiciones de la Ley y las siguientes condiciones de uso: • Cualquier uso que haga de estos documentos o imágenes deben ser sólo para efectos de investigación o estudio académico, y usted no puede ponerlos a disposición de otra persona. • Usted deberá reconocer el derecho del autor a ser identificado y citado como el autor de esta tesis. • No se podrá obtener ningún beneficio comercial y las obras derivadas tienen que estar bajo los mismos términos de licencia que el trabajo original. El Libre Acceso a la información, promueve el reconocimiento de la originalidad de las ideas de los demás, respetando las normas de presentación y de citación de autores con el fin de no incurrir en actos ilegítimos de copiar y hacer pasar como propias las creaciones de terceras personas. Respeto hacia sí mismo y hacia los demás.
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La versión digital de esta tesis está protegida por la Ley de Derechos de Autor del Ecuador.
Los derechos de autor han sido entregados a la “ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL”
bajo el libre consentimiento del (los) autor(es).
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de no incurrir en actos ilegítimos de copiar y hacer pasar como propias las creaciones de
terceras personas.
Respeto hacia sí mismo y hacia los demás.
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y
ELECTRÓNICA
ANÁLISIS TÉCNICO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE
ESTACIONES DE CARGA RÁPIDA PARA VEHÍCULOS
ELÉCTRICOS EN LA PROVINCIA DE GALÁPAGOS
TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
INGENIERO ELÉCTRICO
LUIS ANDRÉS MERA MALDONADO
DIRECTOR: MSc. PATRICIA ELIZABETH OTERO VALLADARES
CODIRECTOR: DR. ING. FABIÁN ERNESTO PÉREZ YAULI
Quito, enero 2020
I
AVAL
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Luis Andrés Mera Maldonado, bajo
mi supervisión.
MSc. Patricia Elizabeth Otero Valladares
DIRECTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN
Dr. Ing. Fabián Ernesto Pérez Yauli
CODIRECTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN
II
DECLARACIÓN DE AUTORÍA
Yo, Luis Andrés Mera Maldonado, declaro bajo juramento que el trabajo aquí descrito es
de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación
profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este
documento.
A través de la presente declaración dejo constancia de que la Escuela Politécnica Nacional
podrá hacer uso del presente trabajo según los términos estipulados en la Ley,
Reglamentos y Normas vigentes.
LUIS ANDRÉS MERA MALDONADO
III
DEDICATORIA
Dedicado a mis abuelitos Carlos (†) y Margarita por todo el amor, cariño y apoyo durante
todos estos años.
A mis padres Luis y Nancy por su gran paciencia a lo largo de la carrera universitaria,
además de ser un gran ejemplo de lucha, constancia y trabajo, siendo un apoyo
incondicional en cada momento de esta etapa.
A mi hermana Jacqueline por ser un ejemplo a seguir tanto en lo personal como en lo
profesional.
A mi pequeña hermana Vanessa, una de las mujeres que más quiero en este mundo, que
aunque tengamos nuestras eventuales discusiones y malos encuentros ha sido una de las
principales personas que me han inspirado para concluir en este trabajo. Sigue adelante
con tus estudios y nunca dejes de ser la persona tan alegre que eres.
A Tefa la persona más especial de mi vida con quien he pasado maravillosos momentos y
ha estado junto a mí a lo largo de toda la carrera dándome su apoyo incondicional.
A mi tía Martha y a mi tío Diro personas las cuales han estado siempre pendientes de mí y
por quienes siento gran admiración.
A mis amigos personas valiosas con quienes he aprendido lo que es triunfar, fallar y
levantarse, una segunda familia a quien se lleva en el corazón.
Este trabajo también se lo dedico a mis pequeños sobrinos Pablo y Paula.
IV
AGRADECIMIENTO
Agradezco a mis padres y mis hermanas por su comprensión, cariño y apoyo incondicional
en todo momento a lo largo de la carrera.
A la Dirección Nacional de Estudios Eléctricos y Energéticos de la ARCONEL cuyo grupo
de trabajo me ha brindado nuevos conocimientos, además de forjar una gran amistad con
momentos inolvidables.
Un agradecimiento sincero y especial al Ing. Emilio Calle quien ha tenido toda la disposición
para guiarme y enseñarme a través de su experiencia profesional, actor participe y
fundamental para la realización de este proyecto.
Agradezco a la Msc. Patricia Otero, quien ha sido una excelente tutora a lo largo de la
carrera, cuya dirección y colaboración en conjunto con el Dr. Fabián Pérez permitió el
desarrollo de este trabajo.
A mis amigos Jorge, Paúl, Bryan, Santiago, Alexis, Fernanda, Jeison, Bryan S., Erick y
demás amigos con quienes hemos compartido experiencias incontables e inolvidables a lo
largo de la carrera.
V
ÍNDICE DE CONTENIDO
AVAL ........................................................................................................................ i
DECLARACIÓN DE AUTORÍA ................................................................................ ii
DEDICATORIA ....................................................................................................... iii
AGRADECIMIENTO ............................................................................................... iv
ÍNDICE DE CONTENIDO ........................................................................................ v
RESUMEN ............................................................................................................. ix
ABSTRACT ............................................................................................................. x
1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 1
1.1 OBJETIVOS .............................................................................................. 2
1.1.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................. 2
1.1.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................ 2
1.2 ALCANCE ................................................................................................. 2
1.3 MARCO TEÓRICO.................................................................................... 3
1.3.1 LA INDUSTRIA AUTOMOTRÍZ Y EL EFECTO OSBORNE ......................... 3
1.3.1.1 Efecto Osborne .......................................................................................... 3
1.3.1.2 Curva de costo de la tecnología ................................................................. 4
1.3.1.3 Curva S ...................................................................................................... 5
1.3.1.4 Desarrollo de vehículos eléctricos .............................................................. 5
1.3.2 VEHÍCULO ELÉCTRICO ............................................................................. 6
1.3.2.1 Vehículo Eléctrico Híbrido (HEV) ................................................................ 7
1.3.2.2 Vehículo Eléctrico Híbrido Enchufable (PHEV) ........................................... 7
1.3.2.3 Vehículo Eléctrico de Batería (BEV) ........................................................... 7
1.3.2.4 Vehículo Eléctrico Autonomía Extendida (E-REV) ...................................... 7
1.3.3 MÉTODOS DE CARGA ............................................................................... 8
1.3.3.1 Carga inalámbrica ...................................................................................... 8
1.3.3.2 Carga conductiva ....................................................................................... 9
1.3.3.3 Intercambio de baterías .............................................................................11
1.3.3.4 Gestión de carga .......................................................................................12
1.3.3.5 Tipo de conectores ....................................................................................14
1.3.4 BUSES ELÉCTRICOS ................................................................................16
1.3.5 ESTACIÓN DE MOVILIDAD ELÉCTRICA ..................................................18
1.3.5.1 Infraestructura de carga de vehículos eléctricos ........................................19
1.3.5.2 Estación de carga ......................................................................................19
VI
1.3.5.3 Normalización ............................................................................................19
1.3.5.4 Homologación ...........................................................................................22
1.3.5.5 Definiciones Generales .............................................................................23
1.3.6 DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD .........................................................29
1.3.7 SIMULACIÓN DE MONTECARLO .............................................................31
1.3.7.1 Simulación Monte Carlo ─ Características importantes .............................31
1.3.7.2 Simulación Monte Carlo ─ Ventajas ..........................................................31
1.3.7.3 Simulación Monte Carlo ─ Desventajas .....................................................31
1.3.8 TEORÍA DE COLAS ...................................................................................32
1.3.9 ESTACIONES DE CARGA RÁPIDA Y VEHÍCULOS ELÉCTRICOS EN EL
ECUADOR ................................................................................................................33
2 METODOLOGÍA ............................................................................................ 34
2.1 REVISIÓN DE LA NORMATIVA NACIONAL E INTERNACIONAL ......... 34
2.2 PARÁMETROS DE APLICACIÓN........................................................... 34
2.2.1 MODOS DE CARGA ..................................................................................34
2.2.1.1 Modo 1 ......................................................................................................34
2.2.1.2 Modo 2 ......................................................................................................34
2.2.1.3 Modo 3 ......................................................................................................34
2.2.1.4 Modo 4 ......................................................................................................35
2.2.2 TIPOS DE CARGA .....................................................................................35
2.2.2.1 Carga súper lenta ......................................................................................35
2.2.2.2 Carga lenta ................................................................................................35
2.2.2.3 Carga semi-rápida .....................................................................................35
2.2.2.4 Carga rápida..............................................................................................36
2.2.2.5 Carga ultra-rápida .....................................................................................36
2.2.3 ARQUITECTURAS DE CARGA..................................................................36
2.2.3.1 Vía Pública ................................................................................................36
2.2.3.2 Entorno controlado ....................................................................................36
2.2.3.3 Interior .......................................................................................................37
2.2.4 CONEXIÓN EV CON LA RED ....................................................................37
2.2.4.1 Caso A: cable fijado al vehículo .................................................................38
2.2.4.2 Caso B: cable separado ............................................................................38
2.2.4.3 Caso C: cable fijo al poste de carga ..........................................................39
2.2.5 FUNCIONES DE SEGURIDAD...................................................................39
2.2.5.1 Funciones de seguridad proporcionadas en el equipo de suministro de
vehículos eléctricos AC (EVSE) ............................................................................39
VII
2.2.5.2 Funciones de seguridad proporcionadas en el equipo de suministro de
vehículos eléctricos DC (EVSE) ............................................................................40
2.2.6 VOLTAJES Y CORRIENTES ESTÁNDARES .............................................42
2.2.7 POTENCIA DE SUMINISTRO ....................................................................45
2.2.8 GRADOS DE PROTECCIÓN .....................................................................45
2.2.8.1 Grados IP para la entrada de objetos extraños y líquidos en envolventes .45
2.2.8.2 Grados de protección contra objetos extraños sólidos y agua para
interfaces básicas, universales y combinadas y de DC .........................................46
2.2.8.3 Grados IP para protección contra contactos ..............................................46
2.2.9 RESISTENCIA DE AISLAMIENTO .............................................................46
2.2.9.1 Requisitos para asilamiento .......................................................................47
2.2.9.2 Conexión AC (Modo 1,2 y 3) .....................................................................47
2.2.9.3 Conexión DC (Modo 4) ..............................................................................47
2.2.10 PROTECCIÓN CONTRA FALLAS ELÉCTRICAS ......................................48
2.2.10.1 Protección contra sobrecorriente .............................................................48
2.2.10.2 Protección de sobrecarga ........................................................................48
2.2.10.3 Protección contra sobrecorriente para conexión AC ................................48
2.2.10.4 Protección contra sobrecorriente para conexión DC. ...............................50
2.2.11 ESPACIOS DE TRABAJO Y DISTANCIAS MÍNIMAS DE SEGURIDAD .....50
2.2.11.1 Cámara de transformación convencional .................................................52
2.1.11.2 Cámara de transformación subterránea ..................................................53
2.1.11.3 Centro de transformación padmounted ....................................................53
2.1.11.4 Estaciones de carga ................................................................................54
2.1.12 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA .............................................................56
2.1.12.1 Requisitos generales ...............................................................................58
2.1.12.2 Geometría del sistema ............................................................................60
2.1.12.3 Capa superficial .......................................................................................60
2.1.12.4 Valores de resistencia de puesta a tierra .................................................61
2.12.1.5 Sistemas que deben ser puestos a tierra según NEC ..........................61
2.2 DIMENSIONAMIENTO DE LAS ESTACIONES DE CARGA .................. 62
2.2.1 MODELO DE SIMULACIÓN .......................................................................64
2.2.1.1 Escenarios de estudio ...............................................................................64
2.2.1.2 Requerimientos de Potencia ......................................................................64
2.2.1.3 Método de simulación ................................................................................65
2.2.1.4 Intervalo de carga ......................................................................................69
2.2.1.5 Horas de carga ..........................................................................................69
2.2.1.6 Cantidad de vehículos ...............................................................................73
VIII
2.2.1.7 Probabilidad de ocurrencia según la clase de vehículo .............................75
2.2.2 DEMANDA MÁXIMA DIVERSIFICADA .......................................................76
2.2.3 TEORÍA DE COLAS PARA ESTACIONES DE CARGA .............................76
2.2.4 ESTUDIO DE TRÁFICO VEHICULAR ........................................................80
3 RESULTADOS Y DISCUSIÓN ...................................................................... 82
3.1 PARÁMETROS DE LAS ESTACIONES DE CARGA RÁPIDA ............... 82
3.2 DEMANDA DE POTENCIA ..................................................................... 88
3.2.1 CASO 1 ......................................................................................................88
3.2.2 CASO 2 ......................................................................................................90
3.3 ESTACIONES DE CARGA RÁPIDA ....................................................... 93
4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................. 98
4.1 CONCLUSIONES.................................................................................... 98
4.2 RECOMENDACIONES ......................................................................... 100
5 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................ 101
ANEXOS ............................................................................................................ 104
IX
RESUMEN
En el presente trabajo presenta una revisión teórica concerniente a vehículos eléctricos,
estaciones de carga, métodos de simulación y distribuciones de probabilidad, que serán la
base para el análisis de ubicación de las estaciones de carga.
Se inicia con una revisión de las diferentes normas nacionales e internacionales aplicables
para vehículos eléctricos, con el fin de establecer requisitos y parámetros mínimos que
regirán en las estaciones de carga rápida de Galápagos, garantizando seguridad personal
y calidad de servicio.
En base a información de generación de energía eléctrica, demanda vehicular y demanda
de potencia en Galápagos, se realiza una simulación de Montecarlo, tomando en cuenta la
probabilidad de hora de carga, porcentaje de carga en el que se encuentra la batería y
curvas de carga de vehículos eléctricos existentes en las islas, así se determina la
demanda requerida en dos casos de estudio. El primero, el reemplazo de autobuses a
diésel por autobuses eléctricos; el segundo, el reemplazo de vehículos clase: autobús, SUV
(vehículo utilitario deportivo, por las siglas del inglés de sport utility vehicle) SUV y
automóvil.
Con el análisis de demanda proveniente de la simulación anterior, se determina que caso
de estudio tiene mayor impacto sobre la curva de demanda máxima y el número de
vehículos que la provoca, para posteriormente determinar el número de estaciones y
cargadores requeridos por cada estación de carga, además de la ubicación de las mismas,
considerando también, al tránsito de las islas Galápagos.
PALABRAS CLAVE: Vehículo eléctrico, estación de carga, curva de carga, demanda
máxima, simulación de Montecarlo, ubicación de estaciones de carga.
X
ABSTRACT
This work presents a theoretical review of electric vehicles, charging stations, simulation
methods and probability distributions, which will be the basis for the charger stations
placement.
It starts reviewing the different national and international standards for electric vehicles, to
establish the minimum requirements and parameters that will rule Galapagos fast charging
stations, ensuring personal safety and service quality.
Based on the electricity generation information , the vehicle demand and the power demand
in the Galapagos, a Monte Carlo simulation is performed, considering the charging time
probability, the percentage of charge available in the battery and the loading curves of
existing electric vehicles in the islands, in this way the demand is determined the in two
study cases. The first case, replacing buses to diesel with electric buses, the second will be
with the replacement of the following vehicles types: bus, SUV and sedan.
With the demand analysis from the simulation, it is determined which study case has the
biggest impact on the maximum demand curve and the number of vehicles that causes it,
to subsequently determine the number of stations and chargers required for each charging
station, and their placement, based on the transit of the Galapagos Islands.
KEYWORDS: Electric vehicle, charging station, charging curve, maximum demand,
charging stations placement.
1
1 INTRODUCCIÓN
El aumento de gases nocivos tanto para la salud de los seres vivos como el daño que
representa para el medio ambiente debido al uso de transporte basado en combustibles
fósiles ha llevado a la industria automotriz a desarrollar un transporte limpio y eficiente,
siendo los vehículos que utilizan energía eléctrica y la almacenan en una batería la mejor
alternativa.
Sin embargo, se requiere infraestructura de carga rápida para vehículos eléctricos de
batería, ya que el tiempo de abastecimiento es un factor crítico que se interpone en el
camino para la aceptación generalizada de los vehículos eléctricos [1].
En este sentido, el gobierno del Ecuador ha establecido que a partir del 2025 el servicio de
transporte público urbano e interparroquial en el Ecuador será eléctrico. El cambio de la
matriz energética promovida por el Gobierno Ecuatoriano ha impulsado la iniciativa “Cero
Combustibles Fósiles”, la misma que promueve el uso de energías alternativas y de fuentes
renovables, para la disminución paulatina del consumo de combustibles fósiles en la
provincia de Galápagos.
Alineado a lo expuesto, la Ley Orgánica de Régimen Especial para la Provincia de
Galápagos y sus reglamentos, establecen estrategias de control de ingreso de vehículos e
incentivos para el uso de vehículos eléctricos dadas sus ventajas ambientales y
económicas en el largo plazo.
Para estimar el tamaño de las estaciones de carga existentes, en el país se ha tomado
únicamente en cuenta el número de unidades que ingresarán, lo que ha provocado que se
instalen igual número de cargadores, siendo el caso de Guayaquil el de mayor renombre,
provocando el sobredimensionamiento en la potencia del transformador que abastece a
estos centros, dando como resultado una sobreinversión en las instalaciones de las
estaciones de carga y posteriormente un aumento en el costo de operación y
mantenimiento de las mismas.
La inserción de vehículos eléctricos en la provincia de Galápagos generará una importante
demanda de energía debido al número de vehículos que se podría esperar circulen en el
restringido espacio de las islas, que son área de concesión de la Empresa Eléctrica
Galápagos, y los recursos energéticos limitados de las islas, por lo cual, es imprescindible
realizar un análisis técnico del crecimiento de la demanda y el impacto de estos sobre el
sistema eléctrico de esta provincia, con el objetivo de tener una mayor coincidencia entre
2
la demanda y la generación fotovoltaica existente, evitando así sobredimensionar la
expansión de generación y redes de distribución.
Además, siendo el país nuevo en la discusión de estos temas no cuenta con parámetros ni
requerimientos mínimos para la instalación de estaciones de carga rápida, siendo
necesaria una revisión de las normas nacionales e internacionales para satisfacer
parámetros de calidad y seguridad en las mismas.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 OBJETIVO GENERAL
Realizar un análisis técnico de la incorporación de estaciones de carga rápida para
vehículos eléctricos en la provincia de Galápagos mediante datos de demanda y
generación.
1.1.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Establecer conceptos fundamentales a través de las normas y estándares internacionales
para infraestructuras de carga rápida para vehículos eléctricos en Ecuador.
Definir parámetros y requerimientos mínimos para la instalación de estaciones de carga
rápida en base a normas nacionales e internacionales.
Realizar un estudio acerca de la inserción de vehículos eléctricos y el crecimiento de la
demanda de energía en los sistemas de la provincia de Galápagos.
Estimar el dimensionamiento de las estaciones de carga rápida a instalarse en la provincia
de Galápagos en base a estudios de demanda de los vehículos eléctricos y generación
eléctrica en la provincia de Galápagos.
Determinar los sitios de instalación de las estaciones de carga según el tráfico existente en
las islas.
1.2 ALCANCE
El presente trabajo desarrollará un estudio que permita determinar algunos aspectos para
la implementación de estaciones de carga rápida en Galápagos, basado en algunos
criterios como: ubicaciones, dimensionamiento de las estaciones de carga en cuanto a
potencia, datos de los vehículos, curvas de carga, factores de coincidencia y horas de
aprovechamiento de generación fotovoltaica. Además, se realizará una revisión de las
normas nacionales e internacionales como: ISO 17409 e IEC 61851-1; para establecer
parámetros y requerimientos mínimos en estaciones de carga rápida aplicables a las islas
y se partirá de un estudio que determine el impacto en la demanda de energía en los
3
sistemas de la provincia de Galápagos debido a la inserción de vehículos eléctricos, para
lo cual se analiza algunos escenarios de reemplazo de vehículos de combustión interna.
1.3 MARCO TEÓRICO
1.3.1 LA INDUSTRIA AUTOMOTRÍZ Y EL EFECTO OSBORNE
Existen tres fenómenos que intervienen en los potenciales cambios que se avecinan en la
industria automotriz; estos fenómenos son:
• El Efecto Osborne
• Curva de costo de la tecnología
• Curva S de la aceptación del mercado respecto a esta nueva tecnología
Juntos estos tres elementos crean reacciones en cadena, las cuales tienen una tendencia
exponencial o en su defecto algorítmica, la cual dificulta el entendimiento de las
consecuencias causadas.
Cada factor puede causar la interrupción en la industria, el trabajo conjunto de los tres
fenómenos prevé lo que sucederá en los próximos años con la inserción de los vehículos
eléctricos y sus efectos en la industria automotriz [1].
1.3.1.1 Efecto Osborne
Se puede definir al efecto Osborne como el fenómeno social causado por personas que
cancelan o difieren pedidos de un producto que existe actualmente pero que
posteriormente quedará obsoleto resultado del anuncio de un nuevo producto por parte de
una compañía determinada.
En un futuro cercano se prevé que el mercado automotriz pasará a tener decenas de
vehículos eléctricos en oferta a diferencia de los vehículos de combustión interna.
El efecto Osborne describe principalmente el momento en el cual los productos que se
encuentran actualmente en oferta, no podrán estar al mismo nivel o la altura de los
productos que están por ingresar, dado como consecuencia el retraso o diferenciación de
una compra con el fin de obtener lo realmente deseado [2].
4
Figura 1.1. Efecto Osborne en la industria automotriz [2].
La Figura 1.1 muestra en la línea de color amarillo como la venta de vehículos, sean estos
de combustión interna o eléctricos, decaerá en un determinado tiempo poniendo en apuros
a la industria automotriz y a toda persona participe en este tipo de actividad económica,
esto se da como consecuencia del lento y paulatino descenso en el precio de las baterías.
En un escenario ideal la línea de color azul debería moverse hacia la izquierda es decir los
fabricantes deben empezar su producción antes de lo previsto para que de esta manera la
línea amarilla que representa la oferta siga la tendencia de la línea gris que representa la
demanda [2].
1.3.1.2 Curva de costo de la tecnología
Describe el comportamiento de los precios; en este caso como disminuye el precio de un
determinado producto a causa del constante cambio y avance tecnológico, teniendo como
factor principal el tiempo y dejando a un lado los pasos que se dan en cuanto avance
tecnológico. Una curva tecnológica se trata de una funcionalidad que se experimenta en
un crecimiento exponencial de manera continua en el tiempo y de forma lineal. En otras
palabras, hace referencia a una línea recta escalonada logarítmicamente.
La curva tecnológica a menudo es confundida con una curva de aprendizaje (Curva S), la
primera es el resultado de haber culminado una gran cantidad, cientos o miles, de curvas
S, es decir es el progreso en la investigación científica, el desarrollo y la producción. Al
relacionar la curva de tecnología con la industria de los vehículos eléctricos, esta hace
referencia principalmente a los sistemas de almacenamiento de energía y su evolución a
5
lo largo del tiempo, buscando como resultado final baterías de larga duración o
superconductores. El tiempo avanza linealmente en el eje X y la capacidad crece
logarítmicamente en el eje Y.
1.3.1.3 Curva S
La curva S tiene como objetivo mostrar el inicio lento de las nuevas tecnologías y el interés
que ha generado en las personas y el desconocimiento de otros, posteriormente el
producto va ganando espacio en el mercado hasta llegar a un punto de inflexión, para
posteriormente llegar a la parte superior del mercado; en este punto el comportamiento
tiende a ser constante. Se establece una regla general donde el crecimiento va del 0% al
1% tiene el mismo periodo de tiempo que el de sobrepasar el 1 % en donde la curva tiende
a ser plana [2].
Figura 1.2. Curva de costo de tecnología [2].
1.3.1.4 Desarrollo de vehículos eléctricos
En el 2017 se estableció un nuevo récord mundial en la venta de vehículos eléctricos, con
un total de un millón de autos vendidos, siendo China el país con mayor número de ventas.
Grandes marcas como Ford tienen en sus planes realizar grandes inversiones con el
objetivo de desarrollar vehículos eléctricos, mientras que General Motors planea contar con
20 modelos de autos eléctricos para el 2023, Toyota para el 2020 planea la incorporación
de 10 nuevos modelos de EV’s [3]. Por su parte la Agencia Internacional de Energía,
pronostica para el 2030 la circulación entre 125 y 220 millones de VE. La Figura 1.4 muestra
el comportamiento del precio de un vehículo eléctrico con una autonomía equivalente a
uno de combustión interna de diferente segmento presentes en el mercado, siendo el
segmento F el de mayor costo y mayor prestación [1].
6
Figura 1.3. Crecimiento de venta de vehículos eléctricos [3].
Figura 1.4. Curva de costos de vehículos eléctricos vs vehículos de combustión interna en el tiempo [2].
1.3.2 VEHÍCULO ELÉCTRICO
Es un tipo de automotor utilizado en carretera, que es impulsado por uno o más motores
eléctricos, cuyo funcionamiento es extraer corriente de una batería de almacenamiento
recargable, pila de combustible, sistema fotovoltaico u otra fuente de corriente eléctrica.
7
Entre los vehículos eléctricos se incluyen automóviles de pasajeros, camiones de carga
pesada, autobuses, camionetas, vehículos de velocidad, entre otros. Los vehículos
eléctricos híbridos enchufables (PHEV) se consideran vehículos eléctricos Existen cuatro
tipos de vehículos eléctricos (EV) [4].
1.3.2.1 Vehículo Eléctrico Híbrido (HEV)
Se caracteriza por poseer un motor eléctrico y un motor de combustión interna, con una
batería de almacenamiento de baja capacidad de esta forma se limita la autonomía y la
velocidad en modo eléctrico. La desventaja de un HEV es que no se pueden cargar a través
de la red de energía eléctrica. El vehículo se mueve con los dos motores para recorrer
distancias largas se utiliza el motor de combustión interna mientras que para distancias
cortas se utiliza el motor eléctrico [4].
1.3.2.2 Vehículo Eléctrico Híbrido Enchufable (PHEV)
Al igual que un HEV posee un motor eléctrico y un motor de combustión interna, los cuales
alternan su uso dependiendo de la distancia a recorrerse, la diferente se da en que el PHEV
se puede conectar a la red de energía eléctrica para cargar su batería, la cual es de
capacidad media, permitiendo al vehículo en su modo eléctrico alcanzar autonomía de
decenas de kilómetros y tasas de aceleración y velocidad máximas que se pueden
comparar con los vehículos que funcionan con gasolina [4].
1.3.2.3 Vehículo Eléctrico de Batería (BEV)
Su funcionamiento se basa únicamente en energía eléctrica, se caracteriza principalmente
por poseer una batería de alta capacidad la cual se puede cargar a través de la red de
energía eléctrica. La autonomía de un BEV ronda entre los 100 km y 400 km dependiendo
de la capacidad de la batería. El tiempo de carga de la batería depende del modo y tipo
empleado y la capacidad de esta [4].
1.3.2.4 Vehículo Eléctrico Autonomía Extendida (E-REV)
La principal característica de un E-REV es la integración de un generador de combustión
interna, el cual produce la suficiente energía para alimentar el motor eléctrico y a su vez
cargar la batería hasta que el vehículo pueda ser conectado a la red de energía eléctrica
para su carga [4].
8
Figura 1.5. Tipos de vehículos eléctricos [4].
1.3.3 MÉTODOS DE CARGA
1.3.3.1 Carga inalámbrica
Elimina de manera total la utilización de cables, conectores y demás elementos destinados
a la trasferencia de energía eléctrica entre la estación de carga y el vehículo, su objetivo
es la carga de batería, teniendo como consecuencia la supresión de todo riesgo eléctrico
a los usuarios del servicio, asociado a la carga de vehículos eléctricos [5]. Este método se
destina principalmente a la carga de tipo rápido en los modos 3 y 4. Los principales métodos
de carga inalámbrica desarrollados son:
Carga capacitiva
La carga capacitiva es una solución que se encuentra en desarrollo para la carga de
vehículos eléctricos. Su funcionamiento se basa en la operación a altas frecuencias, con el
cual puede lograr un acoplamiento capacitivo entre una placa de carretera y una placa
grande a bordo del vehículo eléctrico. Este acoplamiento capacitivo puede permitir que la
potencia de alta frecuencia se transfiera de forma inalámbrica. La carga conductiva se
puede implementar en carreteras, transfiriendo energía mientras el vehículo está en
movimiento teniendo como consecuencia un diseño más simple en vehículos eléctricos y
disminución en la cantidad de almacenamiento de energía a bordo [6].
Carga inductiva
La carga inductiva es otra solución inalámbrica en desarrollo para la carga de vehículos
eléctricos, tanto para carga estacionaria como para carga dinámica. Su principio de
funcionamiento se basa en una bobina de gran tamaño exterior al vehículo y una bobina al
interior del mismo, de tal forma que estas se acoplen magnéticamente permitiendo la
9
transferencia de energía y posterior carga de la batería [7]. Si bien no existe conexión física
entre la infraestructura y el vehículo, son importantes las comunicaciones necesarias desde
la red eléctrica hacia el terminal de carga del vehículo eléctrico como se esquematiza en la
siguiente configuración:
Figura 1.6. Carga inductiva inalámbrica [5].
1.3.3.2 Carga conductiva
Hace referencia a la carga tradicional en la que emplea una instalación física para la
comunicación, control, suministro y demás factores que inciden en la carga de vehículos
eléctricos. El método de carga conductiva se emplea en tipos de carga rápida y ultra rápida
para todo tipo de vehículo eléctrico [7].
Existe una variación llamada carga conductiva dinámica, la cual hace referencia a la carga
de vehículos eléctricos mientras estos se encuentran en movimiento a través de un
conductor. Esta variación también es conocida como Sistema de Carreteras Eléctricas O
ERS por sus siglas en inglés. Una de las ventajas que ofrece este método es la posibilidad
de reducir de manera significativa la necesidad de baterías [6].
Figura 1.7. Partes de la conexión conductiva [8].
10
Figura 1.8. Carga conductiva dinámica [6].
Figura 1.9. Carga conductiva basada en carga nocturna [5].
La Figura 1.9 muestra la carga a través de un cargador y un conector enchufable con los
diferentes modos y tipos que se describen posteriormente.
Figura 1.10. Carga conductiva por pantógrafo desde estaciones de carga dedicadas [5].
11
La Figura 1.10 se destina principalmente para carga rápida AC de autobuses, la cual
depende de condiciones climáticas, tamaño de las baterías, distancia entre las paradas de
los autobuses; se emplea con el objetivo de mantener un servicio de transporte continuo.
Figura 1.11. Carga conductiva por pantógrafo desde catenarias [5].
La Figura 1.11 se enfoca en carga rápida DC, se emplea en ciudades donde existan redes
de corriente continua o bien se puede utilizar subestaciones rectificadoras
complementarias. Su principal ventaja es la reducción en la capacidad de la batería lo cual
se refleja en costos de operación y fabricación.
Figura 1.12. Carga conductiva por zapatas [5].
Lo presentado en la Figura 1.12 sigue en mismo funcionamiento descrito para la Figura
1.10.
1.3.3.3 Intercambio de baterías
Las estaciones de intercambio de baterías o BSS por sus siglas en inglés han surgido como
una alternativa para la carga de vehículos eléctricos, dichas estaciones actúan como un
almacén de baterías con la capacidad de influenciar en los mercados de energía eléctrica
12
y almacenamiento de las mismas. Las BSS maximizan su ganancia ya que pueden
proporcionar al sistema eléctrico servicios tales como soporte de voltaje, reservas de
regulación o arbitraje de energía [9].
Sin embargo, este modelo no ha tenido éxito debido a la dinámica tecno-comercial cuyos
problemas surgen en la estandarización, confiabilidad del servicio y viabilidad comercial.
Establecer una red de estaciones de baterías intercambiables permitiría adoptar de manera
más rápida los vehículos eléctricos, las principales ataduras que se pueden encontrar en
este método de carga son:
• Estandarización de baterías de ion litio.
• Modelos comerciales viables.
• Fiabilidad de las baterías alquiladas.
Se puede contextualizar a una BSS el lugar donde:
• El vehículo eléctrico cuya batería está agotada puede ser cambiada por una batería
cargada.
• Las baterías intercambiadas agotadas se cargan [9].
Figura 1.13. Intercambio de baterías: Interacción clientes, mercado y sistema eléctrico
[9].
1.3.3.4 Gestión de carga
Un cargador de corriente alterna suministra de energía eléctrica al cargador a bordo del
vehículo para su posterior rectificación, es decir convertir corriente alterna en corriente
continua la cual ingresara a la batería.
13
El cargador de corriente continua omite el cargador a bordo del vehículo y la rectificación
requerida, proporcionando así corriente continua la batería. El tiempo de carga es función
de la capacidad de la batería. Además, estos cargadores bridan tanta potencia como el
automóvil pueda manejar. De principio a fin de la carga, el automóvil tiene comunicación
con la estación, la misma que monitorea constantemente el estado de carga del vehículo,
la corriente máxima disponible de la estación, el voltaje de la batería y regula el flujo de
energía suministrada [10].
Al inicio de la carga, la batería aumenta su temperatura debido a la conducción eléctrica
permitiendo una carga más rápida, conforme la carga continua el vehículo alerta al
cargador cuando se ha alcanzado la máxima velocidad de carga segura, tendiendo a
mantenerla en ese estado por el mayor tiempo posible. La velocidad de carga disminuye
cuando la batería se encuentra casi completamente cargada, evitando el
sobrecalentamiento de las celdas de la batería. Esta disminución se da por lo general entre
el 80% y 90 % de carga de la batería, siendo aún más lenta a medida que se acerca al
100%, esta es la razón por lo cual la carga rápida es más eficiente entre el 0% y el 80% al
90% del estado de carga [10].
El procedimiento descrito anteriormente y la Figura 1.14 muestran el principio de
funcionamiento de la carga de modo impulso. Las celdas de la batería funcionan con mayor
eficacia entre 25 y 40 grados centígrados la Figura 1.15 pertenece al comportamiento de
carga de una batería de Ion de litio marca Panasonic a diferentes temperaturas y cuya
capacidad es 3070 mAh [10].
Figura 1.14. Curva tasa de carga vs tiempo de carga [10].
14
Figura 1.15. Comportamiento de carga de una batería de ion de litio a diferentes temperaturas [11].
1.3.3.5 Tipo de conectores
Uno de los problemas que se suscita en la incorporación de vehículos eléctricos, es que
los conectores asociados no se encuentran estandarizados a nivel mundial, por lo cual se
puede encontrar conectores con estándares norteamericanos, europeos y asiáticos [12].
Schuko
Combatible con toma corrientes europeos, de uso doméstico, obedece al estándar CEE
7/4 tipo F. Utilizado para carga lenta y sin comunicación, se caracteriza por tener dos
bornes para corriente y uno para protección a tierra, soporta un máximo de 16 A [12].
Figura 1.16. Conector Schuko [12].
SAE J1772
De origen norteamericano y destinado a vehículos eléctricos, posee un total de cinco
bornes distribuidos de la siguiente manera: dos de corrientes, uno para protección a tierra,
uno de detección de proximidad y uno de control, estos dos últimos son llamados
complementarios [12]. Según su aplicación se clasifican en dos niveles:
15
• Nivel 1: Utilizado para carga lenta soporta hasta 16 A.
• Nivel 2: Utilizado para carga rápida soporta hasta 80 A.
Figura 1.17. Conector SAE J1172 [12].
Mennekes
Conector de origen alemán, no es de uso exclusivo para vehículos eléctricos, se lo puede
usar en sistemas trifásicos por lo que posee siente bornes distribuidos de la siguiente
forma: dos para comunicaciones, uno para protección a tierra y cuatro para corriente [13].
De acuerdo a su aplicación estos pueden ser:
• Monofásico: Utilizado para carga lenta soporta hasta 16 A.
• Trifásico: Utilizado para carga rápida soporta hasta 63 A.
Figura 1.18 Conector Mennekes [13].
SAE Combo
Propuesto como una solución para la estandarización de conectores por parte de Estados
Unidos y Alemania, posee tres pines para corriente alterna, un pin de neutro uno para
protección a tierra, uno para comunicación, uno para detección de proximidad y los bornes
de corriente continua. Este conector puede usado para carga lente o carga rápida. Existen
dos variedades del mismo: el primerio de base combina AC/DC y descrito anteriormente y
el segundo de base combinada DC donde se suprimen los tres pines de corriente alterna
y el neutro [13].
16
Figura 1.19. SAE combo base combinada AC/DC [13].
Scame
Conector que tiene el respaldo francés, utilizado en carga semi-rápido puede poseer cinco
o siete bornes dependiendo si el sistema es monofásico o trifásico. Admite una corriente
máxima de 32 A [13].
Figura 1.20. Conector Scame [13].
CHAdeMO
Conector que se rige bajo estándares japonés; está destinado para carga rápida en DC,
posee un total de diez bornes entre los que se destacan bornes para corriente, protección
a tierra y comunicación a la red. Soporta una corriente máxima de 200 A lo cual lo hace útil
para cargas ultra-rápidas [14].
Figura 1.21. Conector CHAdeMo [14].
1.3.4 BUSES ELÉCTRICOS
El sector del transporte representa un gran porcentaje el consumo de combustibles fósiles
haciendo que mundialmente gobiernos locales e industria privada realicen esfuerzos para
17
adoptar buses eléctricos y vehículos de carga pesada. Los llamados E-Trucks y E-Bus
presentan desafíos y oportunidades únicas si se los compara con los vehículos eléctricos
livianos, entre estos desafíos se encuentra el costo de la tarifa por carga y la infraestructura
necesaria para los mismos. En particular los buses eléctricos son vistos como la clara
solución para el transporte público y las demandas que actualmente se ostentan [15].
Los camiones y buses eléctricos se clasifican como se muestra en la Tabla 1.1.
Tabla 1.1 Clasificación de EBus y ETrucks.
Clasificación Ejemplo Tamaño de la batería
Demanda pico promedio
PHEV Corto Alcance
PHEV Volvo Clase 8. 10 kWh 10 kW
PHEV Camión de Trabajo
PHEV Camión Odyne Advanced Diesel.
14 kWh a 28 kWh 3.3. kW
PHEV Largo Alcance
PHEV Clase 4 Camión de Transmisión Eficiente.
40 kWh Hasta 6.6 kW
BEV Corto Alcance
Proterra de Carga Rápida. 53 kWh a 131 kWh 280 kW a 380 kW
BEV Medio Alcance
Transpower Electric Drayage Drive.
215 kWh 70 kW
BEV Medio Alcance
BYD Bus de transmisión eléctrica 40 pies.
324 kWh Opción 1: 80 kW Opción 2: 200 kW
La clasificación de los diferentes vehículos eléctricos mencionados en la tabla puede
adaptarse a las siguientes aplicaciones:
• Bus de transporte público urbano y rural.
• Buses articulados.
• Camiones de basura.
• Furgonetas para el transporte de pasajeros.
• Camiones de carga pesada.
En el caso de los vehículos híbridos enchufables mencionados, requieren una
infraestructura de carga sencilla y de fácil instalación. Los Buses eléctricos utilizan los
métodos de carga descritos en la sección 1.3.3.1, 1.3.3.2 y 1.3.3.3 y como se muestra en
la Figura 1.9, Figura 1.10, Figura 1.11 y Figura 1.12, además del tipo de carga rápida y
ultra-rápida, por lo cual estos requieren una infraestructura de carga compleja implicando
una gran demanda de energía y mayores niveles de seguridad [15].
18
Figura 1.22. EBus y Etrucks [15].
1.3.5 ESTACIÓN DE MOVILIDAD ELÉCTRICA
Se puede definir como aquella construcción civil la cual esta provista de espacio físico y
equipamiento necesario destinado a la carga de las baterías de vehículos eléctricos, estas
pueden ubicarse en lugares públicos o privados, dependiendo del modo y tipo de carga y
debe cumplir con los requisitos normados y estandarizados de seguridad y calidad en todos
los aspectos. Esta debe tener un mínimo de dos estaciones de carga las cuales permitan
cargar de manera simultánea un vehículo categoría M y un vehículo categoría N [16].
De acuerdo con lo citado en [17] la categoría M hace referencia a todos aquellos vehículos
eléctricos cuyo propósito es transportar pasajeros y poseen como mínimo cuatro ruedas.
Esta categoría se subdivide en:
• M1: vehículos cuya capacidad máxima es de 8 pasajeros sin incluir la plaza del
conductor.
• M2: vehículo que no supera las 5 toneladas de peso y cuya capacidad máxima
supera los 8 pasajeros sin contar la plaza del conductor.
• M3: vehículo que supera las 5 toneladas de peso y cuya capacidad máxima supera
los 8 pasajeros sin contar con la plaza del conductor.
La categoría N hace referencia a vehículos eléctricos que se destinan al transporte de
logístico y mercancía y poseen un mínimo de cuatro ruedas. Esta categoría se subdivide
en:
• N1: vehículo cuyo peso no supera las 3.5 toneladas.
19
• N2: vehículo cuyo peso se encuentra entre 3.5 y 12 toneladas.
• N3: vehículo cuyo peso supera las 12 toneladas.
Todas las categorías antes referidas soportan carga en corriente continua o alterna ya sea
esta monofásica o trifásica.
1.3.5.1 Infraestructura de carga de vehículos eléctricos
La infraestructura de carga cuenta con un conjunto de dispositivos físicos y lógicos que se
destinan a cargar vehículos eléctricos con requisitos de seguridad y disponibilidad para
diferentes escenarios cuya capacidad permite ofrecer el servicio de carga de forma
completa e integral, además cuenta con componentes básicos tales como:
• Estaciones de carga.
• Sistemas de mando y control.
• Equipos de medida y protección.
• Canalizaciones eléctricas [16].
1.3.5.2 Estación de carga
Se denomina así al conjunto de elementos cuyo objetivo es establecer la conexión entre el
vehículo y una instalación eléctricos fija necesaria para la carga del mismo. Las estaciones
de carga eléctrica se pueden clasificar en:
Equipo de suministro de vehículos eléctricos
Los conductores, incluidos los conductores de puesta a tierra sin conexión a tierra y del
equipo, y los conectores del vehículo eléctrico, los enchufes de conexión y todos los demás
accesorios, dispositivos, tomas de corriente o aparatos instalados específicamente con el
propósito de transferir energía entre las instalaciones y el sistema eléctrico [16].
Punto de conexión
Punto donde se establece la conexión entre la instalación eléctrica fija, necesaria para el
abastecimiento de energía eléctrica, y el vehículo eléctrico. El punto de conexión hace
referencia a un conector o a una toma de corriente [16].
1.3.5.3 Normalización
A nivel mundial se consideran cuatro aspectos fundamentales, para normalizar una
infraestructura de carga destinada a vehículos eléctricos: seguridad, comunicación,
compatibilidad y rendimiento, bajo estos aspectos se refieren las siguientes normas
internacionales de acuerdo a lo citado en [5].
20
Tabla 1.2. Normas dedicadas.
Norma Descripción
IEC 61851-1 Parte 1: Requisitos generales para el sistema de carga conductiva de vehículos eléctricos.
IEC 61851-21 Parte 21: Requisitos del vehículo eléctrico para la conexión conductiva a un suministro de AC / DC.
IEC 61851-22 Parte 22: Estación de carga de vehículos eléctricos de AC.
IEC 61851-23 Parte 23: Estación de carga de vehículos eléctricos de DC.
ISO 6469-3 Parte 3: Protección de personas contra riesgos eléctricos. Vehículos eléctricos de carretera. Especificaciones de seguridad.
ISO 17409 Vehículos de carretera con propulsión eléctrica. Conexión a una fuente de alimentación eléctrica externa. Requisitos de seguridad.
ISO/IEC 15118-1 Parte 1: Información general y definición de caso de uso. Vehículos de carretera, interfaz de comunicación vehículo a red.
ISO/IEC 15118-2 Parte 2: Requisitos de red y protocolo de aplicación.
ISO/IEC 15118-3 Parte 3: Requisitos de la capa de enlace físico y de datos.
ISO/IEC 15118-4 Parte 4: Prueba de conformidad del protocolo de red y aplicación.
DIN SPEC 70121 Electromovilidad: comunicación digital en DC. Estación de carga EV y un vehículo eléctrico y control de carga DC en el sistema de carga combinado.
IEC 61851-24 Parte 24: Protocolo de comunicación de control entre el cargador de CC externo y el vehículo eléctrico. Sistema de carga conductiva para vehículos eléctricos.
IEC 61850 Redes y sistemas de comunicación en subestaciones.
SAE J2847 Comunicación entre vehículos enchufables y cargadores de DC.
SAE 2931 Comunicación de señalización interna y bandas de utilización para vehículos eléctricos enchufables.
ISO/IEC 27000 Tecnología de la información. Técnicas de seguridad. Sistemas de Gestión de la Seguridad de la Información.
Tabla 1.3. Normas generales.
Norma Descripción
IEC 61439-7 Parte 7: Equipamiento de bajo voltaje y su control.
IEC 60038 Voltajes estándar.
IEC 61000-4-4 Compatibilidad electromagnética (EMC). Parte 4-4: Técnicas de ensayo y medición. Prueba de inmunidad eléctrica transitoria.
21
Norma Descripción
IEC 61000-4-5 Compatibilidad electromagnética (EMC). Parte 4-5: Técnicas de prueba y medición. Prueba de inmunidad a sobretensiones.
IEC 61000-4-6 Compatibilidad electromagnética (EMC). Parte 4-6: Técnicas de prueba y medición. Inmunidad a perturbaciones conductivas e inducidas por campos de radiofrecuencia.
IEC 61000-4-11 Compatibilidad electromagnética (EMC) - Parte 4-11: Técnicas de prueba y medición - Inmersiones de voltaje, interrupciones cortas y pruebas de inmunidad de variaciones de voltaje.
IEC 61557-8 Parte 8: Seguridad eléctrica en sistemas de distribución de baja tensión de hasta 1000 V AC y 1500 V DC. Equipos para prueba, medición o monitoreo de medidas de protección.
IEC 61000-6-1 Compatibilidad electromagnética (EMC). Parte 6-1: Normas genéricas. Inmunidad para entornos residenciales, comerciales y de industria ligera.
IEC 60529 Grados de protección para armarios y tableros (Código IP).
IEC 60364-7-722 Instalaciones eléctricas de baja tensión: Parte 7-722: Requisitos para instalaciones o ubicaciones especiales. Suministro de vehículos eléctricos.
SAE J1766 Práctica recomendada para sistemas de baterías de vehículos eléctricos e híbridos. Pruebas de integridad de choque.
DIN EN 50160 Características de voltaje del suministro eléctrico en redes de distribución pública.
Figura 1.23. Normativa necesaria para vehículos eléctricos [5].
22
1.3.5.4 Homologación
IEC se enfocan en una homologación de infraestructura de acuerdo a los siguientes
criterios:
Figura 1.24. Segmentos de infraestructura a homologar [5].
La Tabla 1.4 presenta la normativa aplicable a cada segmento de la infraestructura de
acuerdo con lo citado en [5].
Tabla 1.4. Segmentos para homologar.
Componente Norma Descripción
Sistema de carga IEC 61851
Se aplica a equipos de suministro para cargar vehículos eléctricos de carretera, con voltaje nominal de hasta 1 000 V CA o hasta 1500 V CC y un voltaje de salida nominal de hasta 1000 V CA o hasta 1500 V DC.
Cubren todos los vehículos de carretera (EV), incluidos los vehículos híbridos enchufables (PHEV).
Interface IEC 62196 - 3
Es aplicable a los acopladores de vehículos con clavijas y tubos de contacto de configuración estandarizada, también denominados "accesorios", destinados a sistemas de carga conductiva de EV que incorporan medios de control, con un voltaje de operación nominal de hasta 1500 V CC y corriente nominal de hasta 250 A; y, 1000 V CA y corriente nominal de hasta 250 A.
Comunicaciones ISO 15118-1
Especifica requisitos de la capa física y de enlace de datos para comunicación inalámbrica de alto nivel entre vehículos eléctricos y el equipo de suministro de vehículos eléctricos (EVSE), se utiliza como alternativa a la tecnología de comunicación por cable.
23
Componente Norma Descripción
Cubre el intercambio de información entre todos los actores involucrados en el intercambio de energía eléctrica, incluido la transferencia inalámbrica de energía.
Es aplicable a la transferencia de energía desde el equipo de suministro de EV para cargar la batería de EV o desde la batería de EV al equipo de suministro de EV para suministrar energía al hogar, a otras cargas o a la red.
Intercambio de Batería
IEC TS 62840-1
IEC 62840-2
Proporciona requisitos de seguridad para los sistemas de intercambio de batería en vehículos eléctricos con fuente de alimentación de hasta 1000 V de CA o de hasta 1500 V de CC. La norma es aplicable a sistemas de intercambio de baterías para sistemas de almacenamiento en el sitio.
1.3.5.5 Definiciones Generales
Convertidor de energía del cargador: el dispositivo utilizado para convertir la energía de
la red eléctrica en una salida de alta frecuencia para la transferencia inalámbrica de energía
[18].
Cable de salida al vehículo: pieza de equipamiento, cuyo objetivo es establecer la
conexión entre el vehículo eléctrico y la toma de corriente, la cual puede ser fija o estar
incluida en el vehículo.
Está constituido por un cable flexible y el conector y/o enchufe, los cuales son necesarios
para establecer la conexión. Si posee un conjunto de cable desmontable este no se
considera como parte de la instalación fija [18].
Estación de carga DC: conjunto de equipos e instalaciones necesarias para el suministro
de corriente directa a vehículos eléctricos, generalmente instalados en uno o varios
gabinetes. Las funciones especiales de control y comunicación se ubican fuera del
vehículo. La carga de corriente continua incluye la carga de modo de pulso [18].
Sistema de carga DC: se compone por un cargador de corriente continua, un conjunto de
cables y el equipo requerido por el vehículo eléctrico, para cumplir con la función de carga
en la que se incluye la comunicación digital para el control de carga [18].
24
Estación de carga DC aislada: estación donde la salida del circuito de corriente continua
se encuentra aislada eléctricamente del circuito de corriente alterna en el lado de
alimentación [18].
Estación de carga DC no aislada: estación donde la salida del circuito de corriente
continua no se encuentra aislada eléctricamente del sistema de suministro.
Estación de carga DC regulada: estación que cumple con el suministro de corriente o
voltaje de carga de acuerdo con la solicitud del vehículo [18].
Función de control de carga de DC: se integra de manera exclusiva en las estaciones de
carga DC para controlar la salida de potencia, siguiendo la dirección de la función de control
de carga del vehículo eléctrico [18].
Función de control de carga del vehículo: controla los parámetros de carga fuera de la
estación [18].
Carga de corriente controlada: es un método de trasferencia de energía o potencia
eléctrica, mediante el cual la estación de carga DC regula el suministro de corriente de
acuerdo con el valor requerido por el vehículo [18].
Carga de voltaje controlado: es un método de trasferencia de energía o potencia
eléctrica, mediante el cual la estación de carga DC regula el suministro de voltaje de
acuerdo con el valor requerido por el vehículo [18].
Conversor AC/DC: circuitos eléctricos integrados por rectificadores, cuya función es
convertir la entrada de corriente alterna en una salida de corriente continua, además cuenta
con reguladores para ajustar el nivel de voltaje y condensadores para reducir el rizado en
el lado de corriente continua [18].
Estación de carga AC: conjunto de equipos e instalaciones necesarias para el suministro
de corriente alterna a vehículos eléctricos, generalmente instalados en uno o varios
gabinetes, poseen funciones especiales de control [19].
Conector de vehículo eléctrico: dispositivo que, cuando está acoplado eléctricamente
(conductivo o inductivo) a la entrada de un vehículo eléctrico, establece una conexión
eléctrica al vehículo eléctrico con el propósito de transferir el poder e intercambiar
información. Este dispositivo es parte del acoplador del vehículo eléctrico [19].
Parte conductiva: formada por material conductor cuyo objetivo no se centra en la
conducción de corriente eléctrica; esta puede formar parte o no de la instalación eléctrica
[19].
25
Objeto energizado: objeto que se conecta eléctricamente a una fuente de alimentación
[19].
Parte energizada: hace referencia a conductores, barras, terminales y componentes
eléctricos con la capacidad de producir descargas eléctricas [19].
Entrada de vehículo eléctrico: dispositivo en el vehículo eléctrico en el que el conector
del vehículo eléctrico está eléctricamente acoplado (conductor o inductivo) para la
transferencia de energía y el intercambio de información. Este dispositivo es parte del
acoplador del vehículo eléctrico [20].
Adaptador: accesorio portátil construido como una unidad integral, que incorpora una
porción de enchufe y una o más tomas de corriente [20].
Distancia mínima de seguridad: distancia mínima requerida para reducir el riesgo de
accidentes eléctricos; esta distancia se establece entre objetos energizados y las personas
o edificaciones involucradas [20].
Equipo de suministro de vehículos eléctricos: entre esos se incluyen conductores de
fase, neutro y tierra, además de acopladores, enchufes de conexión, tomas de corriente y
demás accesorios y dispositivos instalados con el propósito de suministrar energía eléctrica
desde la red hasta el vehículo, además de la comunicación entre ellos de ser necesario
[20].
Batería de almacenamiento de vehículos eléctricos: Una batería, compuesta por una o
más celdas electroquímicas recargables, que no tiene capacidad para liberar una presión
de gas excesiva durante la carga y operación normales, o para la adición de agua o
electrolito para mediciones externas de la gravedad específica del electrolito [20].
Cargador clase I: dispone de aislamiento para protección básica, además posee una unión
protectora destinada para la protección contra fallas. La unión protectora conecta todas las
partes conductoras expuestas al terminal de tierra del cargador [8].
Cargador clase II: se caracteriza por disponer de protección básica y protección
suplementaria; en ambos casos el aislamiento es reforzado. No poseen conexión a tierra
o dependencia de las condiciones de la instalación [8].
Cargador externo: su funciona por completo fuera del vehículo; se encuentra conectado
al cableado de las instalaciones de corriente alterna, pero entrega corriente continua al
vehículo [8].
26
Cargador externo dedicado: con características específicas para un determinado tipo de
vehículo eléctrico, con funciones de carga, control y comunicación [8].
Uso de interiores: equipo diseñado para ser utilizado de manera exclusiva en lugares
donde el clima no tenga incidencia [8].
Uso de exteriores: equipo diseñado para ser utilizado en ubicaciones que no se
encuentran protegidas contra el clima [8].
Carga: todas aquellas funciones necesarias para condicionar el voltaje estándar y la
frecuencia de la corriente de la red de energía eléctrica (AC) a nivel regulado de voltaje y
corriente, asegurando la adecuada carga de la batería del vehículo eléctrico [21].
Piloto de control: conductor en el conjunto de cables que conecta la caja de control en la
parte fija del equipo de suministro del vehículo eléctrico y la tierra del mismo a través de un
circuito de control en el vehículo [21].
Terminal de tierra: Punto de conexión accesible para todas las partes conductoras
expuestas unidas eléctricamente [21].
Carga de modo pulso: su objetivo es prolongar el tiempo de vida útil de la batería, en
base al suministro de corriente continua modulada [22].
Enchufe y toma de corriente: elementos que están destinados para realizar una conexión
manual entre el cable flexible y la instalación fija. El enchufe realiza la conexión del cable
flexible y la toma de corriente, mientras que este último se conecta a la instalación fija [22].
Dispositivo de retención: dispositivo mecánico diseñado para mantener el enchufe o
conector en posición cuando está conectado de forma correcta, de esta manera se evita
una extracción voluntaria del mismo [22].
Acoplador del vehículo: consiste en un conector y una entrada de vehículo, que permite
la conexión de un cable flexible a un vehículo eléctrico para cargar su batería. El conector
del vehículo debe es un cable flexible que se encuentra conectado a la red de suministro
de energía eléctrica, mientras que la entrada del vehículo es una parte fija [22].
Función piloto: se refiere a cualquier medio de origen mecánico, eléctrico o electrónico
que asegure el cumplimiento de las condiciones, normas y estándares que se relacionan
con la seguridad o la transmisión de datos requeridos en la operación de carga del vehículo
eléctrico [22].
27
Función proximidad: medio eléctrico, electrónico o mecánico incorporado en un
acoplador, para indicar la presencia del conector al vehículo [22].
Señal: elemento de un conjunto de datos, que se comunican entren una estación de carga
DC y el vehículo eléctrico, a través de cualquier medio a excepción de la comunicación
digital [22].
Comunicación digital: se refiere a todo tipo de información digital codificada que se
intercambia entre la estación de carga DC y el vehículo eléctrico, además considera el
método o protocolo necesario para dicho intercambio [22].
Parámetro: información única y relevante destinada al control de carga y que se
intercambia entre la estación de carga DC y el vehículo, utilizando comunicación digital
[22].
Niveles de voltaje: En el Ecuador las normativas expedidas por la Agencia de Regulación
y Control de Electricidad establecen como niveles de voltaje los siguientes:
• Bajo voltaje: menor o igual a 600 V.
• Medio voltaje: mayor a 600 V y menor o igual a 40 kV.
• Alto voltaje grupo 1: mayor a 40 y menor o igual a 138 kV.
• Alto voltaje grupo 2: mayor a 138 kV [23].
Voltaje nominal: voltaje al cual se ha diseñado una red eléctrica [23].
Voltaje de suministro: valor de voltaje de servicio que la empresa de distribución
suministra en el punto de entrega al consumidor en un instante determinado [23].
Coeficiente de correlación: El coeficiente de correlación de Pearson es la estadística de
prueba que mide la relación estadística, o asociación, entre dos variables continuas. Es
conocido como el mejor método para medir la asociación entre variables de interés porque
se basa en el método de covarianza. Proporciona información sobre la magnitud de la
asociación o correlación, así como la dirección de la relación.
Un valor de exactamente 1.0 significa que existe una relación positiva perfecta entre las
dos variables. Para un aumento positivo en una variable, también hay un aumento positivo
en la segunda variable. Un valor de -1.0 significa que hay una relación negativa perfecta
entre las dos variables. Esto muestra que las variables se mueven en direcciones opuestas:
para un aumento positivo en una variable, hay una disminución en la segunda variable. Si
la correlación entre dos variables es 0, no hay relación entre ellas.
28
La fuerza de la relación varía en grado según el valor del coeficiente de correlación. Por
ejemplo, un valor de 0.2 muestra que hay una correlación positiva entre dos variables, pero
es débil y probablemente insignificante. Los expertos no consideran que las correlaciones
sean significativas hasta que el valor supere al menos 0,8. Sin embargo, un coeficiente de
correlación con un valor absoluto de 0.9 o mayor representaría una relación muy fuerte
[24].
Carga instalada: se denomina así a la suma de los valores nominales de potencia activa
o aparente de todos los equipos conectados al circuito alimentador [25].
Capacidad instalada: es la potencia nominal del equipo o elemento que constituye el
cuello de botella para abastecer a la red [25].
Demanda máxima: potencia máxima que una carga demanda en un periodo de tiempo
determinado [25].
Demanda promedio: demanda constante que produce el mismo consumo de energía en
el periodo que la demanda real [25].
Figura 1.25. Conceptos de demanda.
Demanda máxima no coincidente el usuario: se define así a la demanda máxima que
sucede en cualquier instante de tiempo [25].
Demanda máxima coincidente el usuario: es la demanda máxima que el usuario tiene
al momento de la demanda máxima del grupo [25].
Demanda máxima diversificada: demanda máxima de la curva de demanda total [25].
Demanda máxima diversificada unitaria: es igual a la demanda máxima diversificada
dividida para el número de usuarios [25].
29
Factor de diversidad: se define así a la relación que existe entre la sumatoria de las
demandas máximas no coincidentes y la demanda máxima diversificada. Este factor es
mayor o igual a la unidad [25].
𝐹𝑑𝑖𝑣 =
∑ 𝐷𝑚𝑎𝑥𝑁𝐶𝑛𝑖=1
𝐷𝑚𝑎𝑥𝐷𝑖𝑣≥ 1
(1.1)
Factor de coincidencia: es un factor que indica el nivel de coincidencia de las demandas
máximas individuales con la demanda máxima del grupo. Es el inverso del factor de
diversidad [25].
𝐹𝑐𝑜 =
1
𝐹𝑑𝑖𝑣≤ 1
(1.2)
Curvas de carga: es el resultado de las demandas que se registran en intervalos de tiempo
determinadas (por lo general 15 minutos) y que representan características específicas de
la carga que se maneja. Las curvas de carga más comunes son de tipo residencial,
comercial, industrial o una combinación de estas [25].
Figura 1.26. Curvas de carga.
1.3.6 DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD
Una distribución de probabilidad es un resumen de probabilidades para los valores de una
variable aleatoria. Existen dos tipos de variables aleatorias: continúas y discretas de aquí
se derivan las diferentes distribuciones de probabilidad [26].
30
Distribución de probabilidad para variables aleatorias continúas
Una variable aleatoria continua puede asumir cualquier valor en un intervalo en la recta
numérica real o en una colección de intervalos. Se considera la probabilidad de que una
variable aleatoria continua se encuentre dentro de un intervalo dado. Las distribuciones de
probabilidad para variables continuas se describen a continuación [26].
• Distribución normal: la distribución de probabilidad continua más utilizada en
estadística es la distribución de probabilidad normal. Las probabilidades para la
distribución de probabilidad normal se pueden calcular usando tablas estadísticas
para distribución de probabilidad normal estándar, que es una distribución de
probabilidad normal con una media de cero y una desviación estándar de uno [26].
• Distribución exponencial: en teoría de la probabilidad y estadística, las
distribuciones exponenciales (también conocidas como distribuciones
exponenciales negativas) son una clase de distribuciones de probabilidad continua.
Describen los tiempos entre eventos en un proceso de Poisson, es decir, un
proceso en el que los eventos ocurren de forma continua e independiente a una
tasa promedio constante [26]. La función de densidad de probabilidad de una
distribución exponencial es:
𝑓(𝑥; 𝜇) = 𝜇𝑒−𝜇𝑥; 𝑥 ≥ 0 (1.3)
Donde μ es el parámetro de ubicación. El efecto del parámetro de ubicación es traducir el
gráfico, en relación con la distribución normal estándar.
Distribución de probabilidad para variables aleatorias discretas
Una variable aleatoria discreta es aquella cuyo conjunto de valores supuestos es contable.
Las distribuciones de probabilidad para variables discretas se describen a continuación
[26].
• Distribución binomial: la función de densidad de probabilidad binomial (ecuación
1.2) proporciona la probabilidad de que se produzcan x éxitos en n pruebas de un
experimento binomial. Un experimento binomial tiene cuatro propiedades: (1)
consiste en una secuencia de n ensayos idénticos; (2) dos resultados, éxito o
fracaso, son posibles en cada ensayo; (3) la probabilidad de éxito en cualquier
ensayo, denotado, no cambia de un ensayo a otro; y (4) los ensayos son
independientes [26].
31
𝑓(𝑥) = (𝑛
𝑥) 𝜌𝑥(1 − 𝜌)(𝑛−𝑥) (1.4)
• La distribución de Poisson: la distribución de probabilidad de Poisson a menudo
se usa como modelo del número de llegadas a una instalación dentro de un período
de tiempo determinado. La función de densidad de probabilidad de Poisson dada
por la ecuación (1.5) se puede usar para calcular la probabilidad de x llegadas [26].
𝑓(𝑥) =
𝜇𝑥𝑒−𝜇
𝑥! (1.5)
Donde μ es el parámetro de ubicación.
1.3.7 SIMULACIÓN DE MONTECARLO
La simulación de Monte Carlo es una técnica matemática computarizada para generar
datos de muestra aleatorios basados en alguna distribución conocida para experimentos
numéricos. Este método se aplica al análisis cuantitativo de riesgos y problemas de toma
de decisiones. Este método lo utilizan los profesionales de diversos perfiles, como
finanzas, gestión de proyectos, energía, fabricación, ingeniería, investigación y desarrollo,
seguros, petróleo y gas, transporte, etc. [27].
Este método puede usarse en aquellas situaciones en las que necesitamos hacer una
estimación y tomar decisiones inciertas, como las predicciones del pronóstico del tiempo.
1.3.7.1 Simulación Monte Carlo ─ Características importantes
Las siguientes son las tres características importantes del método de Montecarlo:
• Su salida debe generar muestras aleatorias.
• Su distribución de entrada debe ser conocida.
• Su resultado debe ser conocido al realizar un experimento [27].
1.3.7.2 Simulación Monte Carlo ─ Ventajas
• Fácil de implementar.
• Proporciona muestreo estadístico para experimentos numéricos usando la
computadora.
• Proporciona una solución aproximada a problemas matemáticos.
• Se puede usar para problemas estocásticos y deterministas [27].
1.3.7.3 Simulación Monte Carlo ─ Desventajas
• Consume mucho tiempo ya que es necesario generar un gran número de muestras
para obtener la salida deseada.
32
• Los resultados de este método son solo la aproximación de los valores verdaderos,
no los exactos [27].
1.3.8 TEORÍA DE COLAS
La teoría de colas es el estudio matemático de la congestión y los retrasos de la espera en
línea. La teoría de colas examina cada componente de la espera en línea para ser atendido,
incluido el proceso de llegada, el proceso de servicio, la cantidad de servidores, la cantidad
de lugares del sistema y la cantidad de clientes, que pueden ser personas, paquetes de
datos, automóviles, etc.
Como una rama de la investigación de operaciones, la teoría de colas puede ayudar a los
usuarios a tomar decisiones comerciales informadas sobre cómo construir sistemas de flujo
de trabajos eficientes y rentables. Las aplicaciones de la vida real de la teoría de colas
cubren una amplia gama de aplicaciones, como la forma de proporcionar un servicio al
cliente más rápido, mejorar el flujo de tráfico, enviar pedidos de manera eficiente desde un
almacén y diseñar sistemas de telecomunicaciones, desde redes de datos hasta centros
de llamadas [28].
En su nivel más elemental, la teoría de colas implica el análisis de las llegadas a una
instalación, como un banco o un restaurante de comida rápida, luego los requisitos de
servicio de esa instalación, por ejemplo, cajeros o asistentes.
En esencia, todos los sistemas de colas pueden dividirse en subsistemas individuales que
consisten en entidades que hacen cola para alguna actividad [28]. Para el análisis de
subsistemas de necesita información relacionada con:
Proceso de llegada
• Cómo llegan los clientes, por ejemplo, solos o en grupos.
• Cómo las llegadas se distribuyen en el tiempo.
• Sí hay una población finita de clientes o un número infinito.
El proceso de llegada más simple es aquel en el que se tiene llegadas completamente
regulares, es decir, el mismo intervalo de tiempo constante entre llegadas sucesivas. Un
flujo de llegadas de Poisson corresponde a llegadas al azar [28].
Mecanismo de servicio
• Una descripción de los recursos necesarios para que el servicio comience cuánto
tiempo llevará el servicio.
• La cantidad de servidores disponibles.
33
• Si se permite la preferencia es decir, un servidor puede detener el procesamiento
de un cliente para tratar con otro cliente de "emergencia".
Asumir que los tiempos de servicio para los clientes son independientes y no dependen del
proceso de llegada es común. Otro supuesto común sobre los tiempos de servicio es que
están distribuidos exponencialmente [28].
Características de la cola
• Balking: clientes que deciden no unirse a la cola si es demasiado larga.
• Renegar: los clientes dejan la cola si han esperado demasiado tiempo para recibir
servicio.
• Compilación: los clientes cambian entre colas si piensan que recibirán servicio más
rápido al hacerlo.
• Una cola de capacidad finita o de capacidad infinita [28].
Existe un sistema de notación estándar para clasificar los sistemas de colas como A / B /
C / D / E, donde:
• A representa la distribución de probabilidad para el proceso de llegada.
• B representa la distribución de probabilidad para el proceso de servicio.
• C representa el número de servidores.
• D representa la cantidad máxima de clientes permitidos en el sistema de colas
• E representa el número máximo de clientes en total
Las opciones comunes para A y B son:
• M para una distribución de llegada de Poisson o una distribución de tiempo de
servicio exponencial.
• D para un valor determinista o constante.
• G para una distribución general con una media y varianza conocidas [28].
1.3.9 ESTACIONES DE CARGA RÁPIDA Y VEHÍCULOS ELÉCTRICOS EN EL
ECUADOR
La ciudad de Loja cuenta con 50 vehículos eléctricos destinados al servicio de taxis siendo
30 vehículos de la marca BYD y 20 de la marca KIA.
En la ciudad de Guayaquil existe una estación de carga rápida de la compañía SAUCINC
la cual cuenta con una flota de 20 buses eléctricos, 18 cargadores de 40 kW los cuales
realizan una carga completa de la batería en 7,5 horas y 2 cargadores de 80 kW los cuales
realizan una carga completa de la batería en 4 horas [29].
34
2 METODOLOGÍA
2.1 REVISIÓN DE LA NORMATIVA NACIONAL E
INTERNACIONAL
La Tabla 1.2 y Tabla 1.3 muestran las normas internacionales vigentes destinadas para
vehículos eléctricos y equipos destinados para su carga, estas pueden aplicarse a la
provincia de Galápagos ya que el Ecuador se rige y basa estándares americanos y
europeos tal como lo son IEC e ISO.
2.2 PARÁMETROS DE APLICACIÓN
2.2.1 MODOS DE CARGA
A nivel internacional la IEC 61851-1, de acuerdo con el nivel de seguridad considera como
principales modos de carga los que se detallan a continuación.
2.2.1.1 Modo 1
Es un método de carga de AC que se realiza a través de una toma de corriente domestica
con un enchufe estándar, no es de uso exclusivo para cada carga de vehículos eléctricos.
Una toma monofásica puede soportar una corriente máxima de 16 A y un voltaje de 250 V,
y potencia máxima de 3.7 kW, la variante trifásica permite reducir el tiempo de carga, posee
especificaciones de 480 V y 11 kW. El riego de incendio o lesión eléctrica tiene una mayor
probabilidad de ocurrencia debido a que no existe la seguridad adecuada. En algunos
países este modo está prohibido [10].
2.2.1.2 Modo 2
Es un método de carga de AC, se diferencia del Modo 1 por la incorporación de un sistema
de protección y un interruptor diferencial en el cable. Este modo incorpora un control de
carga en caso de existir una mala conexión entre el vehículo y la red eléctrica. La corriente
ronda los 16 A teniendo un máximo de hasta 32 A con una potencia de hasta 7 kW para
tomas monofásicas y hasta 22 kW para tomas trifásicas. Por lo general su utiliza un
conector Schuko [10].
2.2.1.3 Modo 3
Es un método de carga de AC, que se conecta directamente a la red eléctrica a través de
un circuito dedicado. Sus características son: alto grado de comunicación entre el EV y la
red eléctrica, mayor seguridad, corriente de 32 A y máximo de 63 A, voltaje 250 V y potencia
en el rango de 8 kW a 43 kW, depende de la corriente aplicada. Los conectores que se
utilizan para este modo son: Combinado, Scame, SAE J1772 y Mennekes [10].
35
2.2.1.4 Modo 4
Es un método de carga de DC, el cual utiliza un cargador externo que permite una velocidad
de carga rápida. En el punto de carga se utiliza un conversor de AC/DC, este método se
utiliza en las estaciones de carga o mal llamadas “electrolineras” debido a que se maneja
potencias superiores a los 50 kW, además un voltaje máximo de 480 V y corriente máxima
de 400 A. Posee un sistema de protección y control de carga. Se utiliza los conectores:
CHAdeMo, SAE J1772, Combinado y Scame [10].
Figura 2.1. Modos de carga para vehículos eléctricos [16].
2.2.2 TIPOS DE CARGA
En base a los estándares CENELEC se hace referencia a la velocidad y al tiempo empleado
para la carga de las baterías, considerando su requerimiento de potencia. Se tienen cinco
tipos de carga.
2.2.2.1 Carga súper lenta
De uso doméstico, el tiempo necesario para la carga de la batería es de doce horas o más,
la corriente máxima de empleo es 10 A. Tiene una demanda máxima de 2.3 kW [10].
2.2.2.2 Carga lenta
De uso doméstico, el tiempo necesario para la carga de la batería varía entre seis y ocho
horas, la corriente máxima de empleo es 16 A y una demanda de potencia de 3.7 kW. Este
tipo de carga se emplea para cargar la batería del vehículo durante la noche [10].
2.2.2.3 Carga semi-rápida
El tiempo de empleado para la carga de la batería del vehículo varía en un rango de una a
cinco horas, sus requerimientos de potencia que rondan los 22 kW y 32 A [10].
36
2.2.2.4 Carga rápida
El tiempo empleado para la carga del 80% al 90% de la batería, se estima en
aproximadamente treinta minutos, con una demanda de potencia de 43 kW a 50 kW. En el
caso de los supercargadores Tesla, su demanda puede llegar a ser de 120 kW con un
tiempo de duración de carga de quince minutos a treinta minutos [10].
2.2.2.5 Carga ultra-rápida
Se considera como carga de “oportunidad” ya que se emplea en baterías de iones de litio,
las cuales no soportan las grandes temperaturas que originan al usar este tipo de carga.
El tiempo empleado para la carga de la batería es de tres a seis minutos con una demanda
en el rango de 150 kW a 600 kW [10].
Tabla 2.1. Relación modo y tipo de carga.
Modo de Carga
Tipo de Carga Potencia [kW]
Aplicación
Modo 1 Súper lenta ≤ 2.3 Vehículos livianos
Modo 2 Lenta ≤ 3.7 Vehículos livianos
Modo 3 Semi-rápida ≤ 22 Vehículos livianos
Modo 4
Rápida 43-120 Vehículos livianos Buses y Carga Pesada
Ultra-rápida 120-600 Buses y Carga Pesada
2.2.3 ARQUITECTURAS DE CARGA
En la Figura 2.2 se muestran las diferentes arquitecturas que se pueden encontrar para la
carga de vehículos eléctricos. Las arquitecturas se clasifican de acuerdo a la ubicación de
la instalación de acuerdo a [30].
2.2.3.1 Vía Pública
En este caso el suministro de energía para la carga del vehículo se situará en una acera
con un estacionamiento que se destina para la actividad.
2.2.3.2 Entorno controlado
Este caso es el de las denominadas “electrolineras” las cuales funcionan como las
gasolineras convencionales donde la gente se dirige para cargar su vehículo en el menor
tiempo posible. La configuración de esta se denomina sistema multipunto la cual se
conforma por los siguientes equipos:
• N puntos de carga.
37
• Cuadro de mando y operación de la unidad de control para la gestión de N puntos
de carga, la alimentación de esta es colectiva.
Además existe el sistema autónomo el cual gestiona de manera individual el mando y
operación de la unidad, la alimentación de esta es individual [30].
2.2.3.3 Interior
Este sistema se instala en el interior de estacionamientos comerciales o privados,
viviendas, entre otros. En este sistema existen dos tipos de configuraciones, la
configuración autónoma y la configuración multipunto [30].
Figura 2.2. Arquitecturas de carga [30].
2.2.4 CONEXIÓN EV CON LA RED
En primer lugar, se establece los casos de conexión entre la red de suministro de energía
eléctrica y el vehículo eléctrico. Tres son los casos que se establecen en la norma IEC
61851-1:2017 y se muestra a continuación:
38
2.2.4.1 Caso A: cable fijado al vehículo
Conexión de un EV a la red de suministro de energía eléctrica a través de un enchufe y un
cable los cuales están conectados permanentemente al vehículo eléctrico [9].
Figura 2.3. Conexión por cable fijado al vehículo [9].
2.2.4.2 Caso B: cable separado
Conexión de un EV a la red de suministro de energía eléctrica a través de un conjunto de
cables que se caracteriza por ser desmontable en ambos extremos [9].
Figura 2.4. Conexión por cable separado [9].
39
2.2.4.3 Caso C: cable fijo al poste de carga
Conexión de un EV a la red de suministro de energía eléctrica a través de un cable y un
conector para vehículos que se conectan de forma permanente a la estación de carga para
vehículos eléctricos [9].
Figura 2.5. Cable fijo a la estación de carga.
2.2.5 FUNCIONES DE SEGURIDAD
El modo de carga 1 no requiere de ninguna función adicional, en el caso de los modos de
carga 2,3 y 4 el sistema de alimentación para vehículos eléctricos debe tener
requerimientos obligatorios mínimos de funciones según normativa IEC 61851-1:2017, IEC
61851-22 para estaciones de carga AC e IEC 61851-23 para estaciones de carga DC.
2.2.5.1 Funciones de seguridad proporcionadas en el equipo de suministro de
vehículos eléctricos AC (EVSE)
Funciones obligatorias
• Detección de presencia de tierra: el objetivo de esta es validar la presencia de
tierra en la toma de corriente AC al inicio y durante la sesión de carga.
• Verificación de continuidad de la tierra: La presencia de tierra entre el vehículo
y el equipo de suministro durante toda la sesión de carga.
• Protección contra sobrevoltaje: el EVSE debe tener protección contra
sobrevoltaje.
• Protección contra bajo voltaje: el EVSE debe tener protección contra bajo voltaje.
• Protección contra sobrecorriente y cortocircuito: el EVSE debe tener protección
contra sobrecorriente y cortocircuito.
• Corriente de fuga: Esta función tiene como objetivo detectar fallas y corrientes de
fuga dentro del EVSE y proporcionar protección en caso de anomalía.
40
• Presencia de conector y bloqueo: función cuyo objetivo es verificar que el
conector esté conectado correctamente y bloqueado durante la sesión de carga con
el fin de evitar desconexiones accidentales o involuntarias.
• Energización de la fuente de alimentación al vehículo eléctrico: la activación
del sistema no se realizará hasta que la función piloto entre EVSE y EV se haya
establecido correctamente.
• Des-energización de la fuente de alimentación al vehículo eléctrico: si se
interrumpe la función piloto, se interrumpirá el suministro de energía al conjunto de
cables.
Funciones opcionales
• Ventilación durante el suministro de energía: si se requiere ventilación adicional
durante la carga, la carga solo se permitirá si se proporciona dicha ventilación.
• Selección de la tasa de carga: se proporcionará un medio manual o automático
para garantizar que la tasa de carga no exceda la capacidad nominal de la red de
suministro, vehículo o capacidades de batería.
• Calidad de energía de entrada: monitorear el suministro de potencia nominal,
voltaje y tolerancia de frecuencia para detectar posibles fallas e incluya las medidas
correctivas necesarias [8].
2.2.5.2 Funciones de seguridad proporcionadas en el equipo de suministro de
vehículos eléctricos DC (EVSE)
Funciones obligatorias
• Presencia de conector y bloqueo: función cuyo objetivo es verificar que el
conector esté conectado correctamente y bloqueado durante la sesión de carga con
el fin de evitar desconexiones accidentales o involuntarias. Además, esta función
impedirá el movimiento del vehículo por su propio sistema de propulsión mientras
se encuentre conectado físicamente al EVSE, lo antes mencionado no se
contempla en estaciones de carga AC.
• Comprobación de continuidad del conductor de protección: Función cuya
función es verificar la conexión continua del conductor de protección entre la
estación de carga DC y el vehículo.
• Energización de la fuente de alimentación al vehículo eléctrico: la activación
del sistema no se realizará hasta que la función piloto entre EVSE y EV se haya
establecido correctamente.
41
• Des-energización de la fuente de alimentación al vehículo eléctrico: si se
interrumpe la función piloto, se interrumpirá el suministro de energía al conjunto de
cables.
• Suministro de corriente continua para vehículos eléctricos: la estación de
carga DC EV debe suministrar voltaje y corriente DC a la batería del vehículo, no
se excederán las clasificaciones máximas de la estación de carga DC EV. El
vehículo puede cambiar la corriente solicitada y/o el voltaje solicitado.
• Medición de corriente y voltaje: la estación de carga DC EV medirá la corriente
de salida y el voltaje de salida.
• Acoplador de retención / liberación: se proporcionará un medio para retener y
liberar el acoplador del vehículo. Tales medios pueden ser mecánicos,
enclavamientos eléctricos o una combinación de enclavamiento y pestillo.
• Bloqueo del acoplador: un conector del vehículo utilizado para la carga de CC se
bloqueará en la entrada del vehículo si el voltaje es superior a 60 V CC. El conector
del vehículo no debe desbloquearse cuando se detecta voltaje peligroso a través
del proceso de carga, incluso después del final de la carga.
• Evaluación de compatibilidad: la compatibilidad del vehículo eléctrico y la
estación de carga del vehículo eléctrico de corriente directa se verificará con la
información intercambiada en la fase de inicialización.
• Prueba de aislamiento antes de cargar: la estación de carga DC para vehículos
eléctricos deberá confirmar la resistencia de aislamiento entre su circuito de salida
de CC y el conductor de protección al chasis del vehículo, incluido el recinto de la
estación de carga, antes de que los contactares EV puedan cerrarse.
• Protección contra sobrevoltaje en la batería: el EVSE debe tener protección
contra sobrevoltajes en la batería.
• Verificación del voltaje del conector del vehículo: la estación de carga DC no
activará el cable de carga cuando el conector del vehículo esté desbloqueado. El
voltaje al que se desbloquea el conector del vehículo debe ser inferior a 60 V.
• Integridad de suministro del circuito de control: Si se detecta una falla a tierra,
cortocircuito o sobrecorriente en el circuito de salida de la estación de carga DC, el
circuito de alimentación se desconectará de su suministro, pero la fuente de
alimentación para el circuito de control no se interrumpirá a menos que la
interrupción del circuito de alimentación se deba a una pérdida de la red de
suministro de AC.
• Prueba de cortocircuito antes de cargar: con el EV conectado a la estación de
carga DC antes de que se cierre el contactor del vehículo eléctrico, la estación de
42
carga DC tendrá un medio para verificar si hay un cortocircuito entre el circuito de
salida DC positivo y negativo para el cable y el acoplador del vehículo.
• Apagado iniciado por el usuario: la estación de carga DC EV tendrá un medio
para permitir al usuario apagar el proceso de carga.
• Protección contra sobrecarga para conductores paralelos: si se usa más de un
conductor o un contacto de conector de cable y/o vehículo en paralelo para el
suministro de corriente CC al vehículo, la estación de carga DC EV tendrá un medio
para garantizar que ninguno de los conductores o cables se sobrecargue.
• Protección contra sobrevoltaje temporal: el EVSE debe tener protección contra
sobrevoltajes temporales.
• Parada de emergencia: cuando la estación de carga DC detecte una anormalidad
en la estación y/o el vehículo.
Funciones opcionales
• Activación de la estación de carga DC por vehículo eléctrico: la estación de
carga puede admitir un modo de espera para minimizar el consumo de energía. En
este caso, la estación podrá ser despertada por el vehículo eléctrico.
• Detección/ajuste de la corriente de carga disponible en tiempo real de EVSE:
se proporcionarán medios para garantizar que la velocidad de carga no supere la
corriente de carga disponible en tiempo real del EVSE y su fuente de alimentación.
• Ventilación durante el suministro de energía: si se requiere ventilación adicional
durante la carga, la carga solo se permitirá si se proporciona dicha ventilación.
• Selección de la tasa de carga: se proporcionará un medio manual o automático
para garantizar que la tasa de carga no exceda la capacidad nominal de la red de
suministro, vehículo o capacidades de batería [7].
2.2.6 VOLTAJES Y CORRIENTES ESTÁNDARES
El Código Eléctrico Nacional en el artículo 625 establece los siguientes valores de voltaje
alterno para la alimentación de los sistemas de carga de vehículos eléctricos:
• 120 V.
• 120/240 V.
• 208Y/120 V.
• 240 V.
• 480Y/277 V.
• 480 V.
• 600Y/347 V.
43
• 600 V.
• 1000 V.
Para sistemas DC se establece voltajes de hasta 1000 V [31].
La norma IEC 60038 establece los siguientes voltajes de operación para estaciones de
carga lo cuales se muestran en la Tabla 2.2 [32].
Tabla 2.2. Niveles de voltaje AC y DC norma IEC 60038.
Nivel de Voltaje AC [Vrms] DC [V]
Alto voltaje >1000 >1500
Bajo voltaje 50< Vrms < 1000 120< V < 1500
Extra bajo voltaje < 50 < 120
Además, para voltaje AC de suministro y utilización en terminales se establece los
siguientes valores los cuales se muestran en la Tabla 2.3.
Tabla 2.3. Voltajes estándares nominales, de suministro y utilización para sistemas AC.
Sistema Frecuencia
nominal [Hz]
Voltaje
Voltaje más elevado de
suministro o utilización
[V]
Voltaje nominal
[V]
Voltaje más bajo de
suministro [V]
Voltaje más bajo de
utilización [V]
Trifásico tres hilos o trifásico
cuatro hilos
50
253 230 207 198
253/440 230/400 207/360 198/344
440/759 400/690 360/621 344/593
1100 1000 900 860
60
132/229 120/208 108/187 103/179
264 240a 216 206
256/440 230/400 207/360 198/344
305/528 277/480 249/432 238/413
528 480 432 413
382/660 347/600 312/540 298/516
660 600 540 516
Monofásico tres hilos
60 132/264 120/240b 108/216 103/206
a) En algunos países se utilizan valores de 200 V o 220 V b) En algunos países se utilizan valores de 100/200 V en sistemas de 50 Hz o 60 Hz.
Los conductores que se emplean para el servicio de carga rápida tanto en DC como en AC
poseen los siguientes rangos de voltajes nominales de operación:
• 0 V a 30 V (solo para propósitos de control o señal)
• 100 V AC a 130 V AC.
44
• 200 V AC a 250 V AC.
• 380 V AC a 480 V AC.
• 600 V AC a 690 V AC.
• 480 V DC.
• 600 V DC.
• 750 V DC.
• 1000 V DC.
Las corrientes nominales son:
• 13 A.
• 16 A a 20 A.
• 30 A a 32 A.
• 60 A a 63 A.
• 70 A.
• 80 A (solo DC).
• 125 A.
• 200 A (solo DC).
• 250 A.
• 400 A (solo DC).
Con lo mencionado se establece el calibre mínimo del conductor en función de la corriente
establecida:
Tabla 2.4. Tamaño para conductores [32].
Corriente
Cables flexibles para enchufes y conectores de vehículos
Cables solidos o trenzados para entradas de vehículos
Cables solidos o trenzados para tomacorrientes
A mm2 AWG / MCM mm2 AWG / MCM
2 0,5 18 0,5 18
10 a 13 1,0 a 1,5 16 1,0 a 1,5 16
16 y 20 1,0 a 2,5 16 a 14 1,0 a 4 16 a 12
30 y 32 2,5 a 6 14 a 10 2,5 a 10 14 a 8
60 a 70 6 a 16 10 a 6 6 a 25 10 a 4
80 10 a 25 8 a 4 16 a 35 6 a 2
125 25 a 70 4 a 00 35 a 95 2 a 00
200 y 250 70 a 150 00 a 0000 70 a 185 00 a 350
400 240 500 300 600
45
Tabla 2.5. Valores de voltajes y corrientes nominales de salida para estaciones de carga en AC.
Opción de salida Salida AC
A 1 fase, 230 V,32 A
B 1 fase/3 fases, 230/400 V, 32 A
C 3 fases, 500 V,250 A
2.2.7 POTENCIA DE SUMINISTRO
La norma ISO 17409 establece que el factor de potencia de distorsión del circuito de
alimentación del vehículo a la potencia nominal será de al menos 0,95. El factor de potencia
de desplazamiento será de al menos 0,9 a menos que el consumo de energía sea inferior
al 5% de la potencia o 300 W, lo que sea mayor [9].
En la Unión Europea se clasifica el suministro de potencia como se muestra en la Tabla
2.6 [33].Mientras que en norte américa el suministro de potencia se lo clasifica como se
muestra en la Tabla 2.7 [34].
Tabla 2.6. Potencia de suministro en la Unión Europea.
Denominación de Potencia
Conexión a la red Potencia en kW
Corriente en A
Potencia Normal Conexión AC 1 fase ≤ 3,7 10-16
Potencia Media Conexión AC 1 o 3 fases
3,7-22 16-32
Potencia Alta Conexión trifásica AC > 22 > 32
Potencia Alta Conexión DC > 22 > 32
Tabla 2.7. Potencia de suministro en Norte América.
Denominación Voltaje nominal se suministró
AC [V]
Corriente máxima [A]
Potencia Máxima
[kW] Conexión
AC Nivel 1 120 o 240 15 3,3 AC Monofásico
AC Nivel 2 240 60 14,4 AC Monofásico
o trifásico
DC Nivel 3 208-600 400 240 AC trifásico
2.2.8 GRADOS DE PROTECCIÓN
2.2.8.1 Grados IP para la entrada de objetos extraños y líquidos en
envolventes
De acuerdo a [10] los gabinetes del equipo de suministro de vehículos eléctricos deben
tener un grado de IP de:
• Uso en interiores: al menos IP41.
46
• Uso en exteriores: al menos IP44.
2.2.8.2 Grados de protección contra objetos extraños sólidos y agua para
interfaces básicas, universales y combinadas y de DC
Los grados mínimos de IP para la entrada de objetos y líquidos serán:
Uso en interiores
• Conector del vehículo cuando se acopla con la entrada del vehículo: IP21
• Enchufe EV acoplado con la toma de corriente EV: IP21.
• Conector del vehículo para el caso C cuando no está acoplado: IP21.
• Conector del vehículo para el caso B cuando no está conectado: IP24.
Uso al aire libre
• Conector del vehículo cuando se acopla con la entrada del vehículo: IP44.
• Enchufe EV acoplado con toma de corriente EV: IP44.
• Conector del vehículo cuando no está acoplado: IP24.
• Conector del vehículo para el caso B cuando no está acoplado: IP24.
• Tomacorriente cuando no está acoplado: IP24.
2.2.8.3 Grados IP para protección contra contactos
La norma IEC 61815-1:2017 [10] establece que las diferentes partes del equipo de
suministro de EV como se menciona deberán cumplir los siguientes requisitos:
• Las clasificaciones IP para recintos deben ser al menos IPXXC.
• Conector de vehículo cuando se acopla con la entrada del vehículo: IPXXD.
• Enchufe acoplado con toma de corriente: IPXXD.
• Conector de vehículo destinado para uso en Modo 1, no acoplado: IPXXD.
• Conector de vehículo destinado para uso en Modo 2, no acoplado: IPXXB.
• Conector de vehículo y toma de corriente EV para uso en Modo 3, no acoplado:
IPXXB siempre que esté asociado directamente aguas arriba con un dispositivo de
conmutación mecánica.
2.2.9 RESISTENCIA DE AISLAMIENTO
En la norma ISO 6469-3 se establece los siguientes valores de resistencia de aislamiento
lo cual depende de la conexión sea esta AC o DC y si los circuitos eléctricos están
conectados conductivamente como se observa en la Figura 2.6 [35].
47
La resistencia de aislamiento con un voltaje DC de 500 V aplicado entre todas las
entradas/salidas conectadas entre sí (fuente de alimentación incluida) y las partes
accesibles deberán ser:
Para una estación de clase I: R ≥ 1 M Ω
Para una estación de clase II: R ≥7 M Ω
2.2.9.1 Requisitos para asilamiento
El aislamiento puede ser sólido, líquido o gaseoso (por ejemplo, aire) o cualquier
combinación. Cuando el aislamiento no se proporciona solo con aislamiento sólido, se debe
evitar el acceso a partes vivas mediante barreras protectoras o recintos protectores.
Las partes vivas de los cables que no se encuentren dentro de recintos protectores o detrás
de barreras protectoras deberán estar totalmente encapsuladas por un aislamiento sólido
que solo pueda eliminarse mediante destrucción.
Las barreras protectoras y los recintos protectores deberán tener suficiente resistencia
mecánica, estabilidad y durabilidad para mantener las disposiciones de protección
especificadas, teniendo en cuenta todas las condiciones ambientales relevantes.
No será posible abrir o quitar barreras protectoras y cerramientos protectores sin el uso de
herramientas o deberán tener medios para des-energizar las partes vivas. Las barreras
protectoras y los recintos protectores pueden ser conductores de electricidad o provistos
de un aislamiento sólido.
Las barreras protectoras y los cerramientos protectores deberán cumplir con el grado de
protección IPXXB como mínimo. Las barreras protectoras y los recintos protectores en los
compartimentos de pasajeros y carga deberán cumplir con el grado de protección IPXXD
como mínimo [35].
2.2.9.2 Conexión AC (Modo 1,2 y 3)
La resistencia de aislamiento total del circuito de alimentación del vehículo debe ser de al
menos 500 Ω/V cuando el vehículo no está conectado a una fuente de alimentación
eléctrica externa. La referencia será la tensión de trabajo máxima del circuito eléctrico
relevante [35].
2.2.9.3 Conexión DC (Modo 4)
La resistencia de aislamiento, dividida por el voltaje de trabajo máximo, debe tener un valor
mínimo de 100 Ω/V cuando el vehículo no está conectado a una fuente de alimentación
eléctrica externa.
48
Figura 2.6. Resistencia de aislamiento, ejemplos para circuitos de AC y DC conectados
conductivamente [35].
2.2.10 PROTECCIÓN CONTRA FALLAS ELÉCTRICAS
2.2.10.1 Protección contra sobrecorriente
La Norma Ecuatoriana de Construcción (NEC) señala que los dispositivos de protección
contra sobrecorriente deben ser interruptores termomagnéticos de interrupción automática
y estar fabricados bajo Norma IEC 60898-1 además estos deben cumplir con los siguientes
requerimientos generales de instalación:
a) El dimensionamiento se lo realiza acorde a la capacidad de los circuitos a proteger
y en función de las curvas de disparo corriente-tiempo.
b) Su ubicación será en tableros de distribución tipo centro de carga.
c) El grado de protección debe ser IP20 [36].
2.2.10.2 Protección de sobrecarga
La norma ISO 17409 establece que el área de la sección transversal de los conductores
activos del circuito de suministro de energía del vehículo, así como la corriente nominal del
enchufe (caso A) o la entrada del vehículo (caso B y caso C), deben estar de acuerdo con
la corriente de carga máxima del vehículo a menos que partes de este circuito estén
protegidas por separado por un dispositivo de protección contra sobrecorriente en el
vehículo (por ejemplo, fusible, disyuntor, etc.) [9].
2.2.10.3 Protección contra sobrecorriente para conexión AC
El Código Eléctrico Nacional establece que la protección contra sobre corriente para
alimentadores y circuitos derivados que suministran energía a equipos debe dimensionarse
49
para servicio continuo y debe tener una clasificación de no menos del 125 % de la carga
máxima del equipo.
Para la corriente de cortocircuito suministrada por una fuente de alimentación externa, se
deben cumplir, según norma ISO 17409, los requisitos a), b) o c) que se escriben a
continuación para la protección contra sobrecorriente:
a) El área de la sección transversal de los conductores activos del circuito de
suministro de energía del vehículo debe tener una clasificación de resistencia a la
corriente de cortocircuito () de acuerdo con las características del dispositivo de
protección contra sobrecorriente del suministro de energía eléctrica externa. Para
la conexión a una fuente de alimentación eléctrica externa con una corriente
nominal de hasta 80 A, el circuito de suministro de energía del vehículo debe tener
una corriente de resistencia a cortocircuito () de al menos 80.000,00. El valor se
calculará de acuerdo con IEC 60364-4-43. El tiempo de interrupción para el
dispositivo de protección contra sobrecorriente es inferior a 0,1 s.
b) Se debe proporcionar un dispositivo de protección contra sobrecorriente (por
ejemplo, fusible, disyuntor) en cada conductor vivo de la fuente de alimentación del
vehículo. El área de la sección transversal del conductor vivo corriente abajo de
este dispositivo de protección contra sobrecorriente debe diseñarse de acuerdo con
la clasificación de este dispositivo de protección contra sobrecorriente.
c) Para el caso B y el caso C, se cumplirán todos los requisitos:
➢ La zona de sección transversal de los circuitos de alimentación del vehículo
se diseñará de acuerdo con la corriente de carga máxima del vehículo.
➢ Se protegerá contra daños mecánicos en el cableado del circuito de
suministro de energía del vehículo entre la entrada del vehículo y la carga,
de modo que una sola falla no cause una falla de aislamiento entre los
conductores activos y entre los conductores activos y el chasis eléctrico.
➢ Se debe proporcionar un dispositivo de protección contra sobrecorriente (por
ejemplo, fusible, disyuntor) dentro del cargador. La clasificación del
dispositivo de protección contra sobrecorriente y la clasificación de
interrupción de corriente de cortocircuito serán suficientes para proteger el
cableado del circuito de alimentación del vehículo entre la entrada del
vehículo y el cargador de a bordo.
Para la corriente de cortocircuito suministrada por las fuentes de alimentación del vehículo,
se proporcionará protección contra sobrecorriente para el circuito de alimentación del
vehículo [9].
50
2.2.10.4 Protección contra sobrecorriente para conexión DC.
Para la corriente de cortocircuito suministrada por una fuente de alimentación externa, se
deben cumplir, según norma ISO 17409, los requisitos a) o b) que se escriben a
continuación para la protección contra sobrecorriente:
a) El área de la sección transversal de los conductores activos de la fuente de
alimentación del vehículo debe tener una clasificación de resistencia a la cortante
de cortocircuito () de al menos los siguientes valores:
➢ 1 000 000. para el sistema A según IEC 61851-23.
➢ 5 000 000. para el sistema C según IEC 61851-23.
➢ Un valor que se coordinará para cualquier otra estación de carga DC.
El valor de los conductores activos se calculará de acuerdo con IEC 60364-4-43. Esta
clasificación de resistencia a la corriente de cortocircuito () corresponde a las
características del dispositivo de protección contra sobrecorrientes de la fuente de
alimentación eléctrica externa.
b) Se debe proporcionar un dispositivo de protección contra sobrecorriente (por
ejemplo, fusible, disyuntor) en el circuito de alimentación del vehículo. El área de la
sección transversal de los conductores activos a proteger por este dispositivo de
protección contra sobrecorriente se diseñará de acuerdo con la clasificación de
interrupción de cortocircuito de este dispositivo de protección contra sobrecorriente.
El área de la sección transversal de los conductores activos corriente arriba de este
dispositivo de protección contra sobrecorriente (a la entrada del vehículo) deberá
cumplir con el requisito de a).
El tiempo de interrupción para la interrupción de una corriente de cortocircuito se
recopilará de los datos técnicos del dispositivo de protección contra sobrecorriente
seleccionado.
Para la corriente de cortocircuito suministrada por fuentes del vehículo, el circuito
de suministro de energía del vehículo tendrá un dispositivo de protección contra
sobrecorriente con una clasificación no superior a los siguientes valores:
➢ 2.500.000,00 para el sistema A según IEC 61851-23.
➢ 12.000.000,00 para el sistema A según IEC 61851-23.
➢ Un valor que se coordinará para cualquier otra estación de carga DC.
2.2.11 ESPACIOS DE TRABAJO Y DISTANCIAS MÍNIMAS DE SEGURIDAD
La Norma Ecuatoriana de Construcción para efectos de espacios de trabajo y distancias
de seguridad se considera como zona alcanzable por una persona, a aquella medida desde
51
el punto donde esta se sitúa este a una distancia límite de 2,50 m por arriba, 1,0 m
lateralmente y 1,0 m hacia abajo.
La Tabla 2.8 muestra las distancias para el dimensionamiento de espacios de trabajo y
accesos a partes energizadas descubiertas las cuales requieran de inspección, ajustes o
mantenimiento mientras se encuentran energizadas.
Si una parte energizada descubierta se ubica en la parte frontal de un tablero o centro de
control, el espacio de trabajo libre requerido será de 1,50 m.
Tabla 2.8. Distancias mínimas para el dimensionamiento de espacios de trabajo y acceso a partes peligrosas.
Voltaje respecto a tierra [V]
Espacio libre mínimo [m]
Condición
1 2 3
0-200 0,75 0,75 0,90
201-1000 0,75 1,10 1,20
Condición 1: Lugar donde las partes energizadas se encuentran en un lado y en el lado
opuestas a estas no sean conductores. Otro escenario planteado es que en ambos lados
existan partes energizadas protegidas a través de cubiertas aislantes removibles.
Condición 2: Lugar donde existe una parte energizada en un lado y apuesta a esta un
material conductor aterrizado a tierra, por ejemplo, muros de hormigón, ladrillos, etc.
Condición 3: Partes energizadas descubiertas a ambos lados con el operador trabajando
entre ellas.
La entrada a espacios de trabajo debe tener una altura mínima de 1,50 m y un ancho
mínimo de 0,60 m, adicionalmente las puertas deberán abrirse hacia afuera y ser
equipadas con cerraduras que permitan la apertura desde el interior sin necesidad de usar
llaves o herramientas.
La altura libre sobre los espacios de trabajo no debe ser inferior a 2,00 m.
El acceso a espacios de trabajo se prohíbe a personal no calificado por lo cual se deben
colocar en forma destacada señalando lo indicado.
Se prohíbe el uso de espacios de trabajo como un lugar de almacenamiento, equipo o
estadía de personal [36].
En las unidades de propiedad del extinto Ministerio de Electricidad y Energías Renovables
establece que las dimensiones interiores de las cámaras pertenecientes a empresas
distribuidoras y particulares que contengan celdas o interruptores de medio voltaje de tres
52
vías y tablero de distribución de bajo voltaje cuyas potencias varían entre 250 kVA y 800
kVA se muestran en la Tabla 2.9 [36].
Tabla 2.9. Dimensiones mínimas para cámaras de transformación.
Número de transformadores
Voltaje nominal de la línea de distribución de medio voltaje
Dimensiones mínimas [cm]
A B H
1 < 24 kV 420 540 300
2 < 24 kV 420 600 300
Si la potencia es inferior a 250 kVA las dimensiones interiores no deberán ser en ningún
caso inferiores a las que se señalan a continuación:
Largo: 3 m.
Ancho: 2,20 m (Transformador monofásico).
Ancho: 3,70 m (Transformador trifásico).
Alto: 3,00 m.
2.2.11.1 Cámara de transformación convencional
La cámara debe estar ubicada en un lugar donde exista facilidad de ventilación natural y
sin riesgos de inundación, además se debe evitar la humedad y oxidación dentro de la
cámara.
En las zonas adyacentes a los centros de transformación está prohibido el almacenamiento
de combustibles y productos químicos peligrosos. Las puertas de la cámara se construirán
en lámina metálica de espesor 1,50 mm y con una resistencia al fuego mínimo de 3 horas.
Dentro de la cámara de transformación se prohíbe canalizaciones de agua, gas natural o
industrial, aire comprimido y combustibles, pero se permite el uso de tuberías con el fin de
extinguir incendios y refrigerar equipos.
La cámara de transformación puede estar montada sobre suelo firme o sobre una losa
intermedia.
La cámara de transformación debe tener un espacio de maniobra y/o seguridad de mínimo
1,20 m, este espacio debe estar ubicado frente a la puerta de la cámara.
Las cámaras de transformación deben estar señalizadas en su entrada con un letrero de
“Peligro Alta Tensión” y con puerta de acceso hacia la calle [36].
53
2.1.11.2 Cámara de transformación subterránea
El ingreso del personal autorizado se dará a través de boquetes ubicados en la losa
superior con una dimensión de 70x70 cm.
El acceso y salida de la cámara se dará a través de una escalera asegurada a la pared del
ducto de acceso y cuyos peldaños se encuentren a 30 cm de separación.
La parte inferior de la escalera se situará sobre una plataforma de hormigón a una altura
de 60 cm del nivel del suelo de la cámara y cuyo acceso será a través de peldaños de
hierro u hormigón.
Las especificaciones y obra civil requerida dependerán de la empresa distribuidora.
2.1.11.3 Centro de transformación padmounted
La Norma Ecuatoriana de Construcción establece que el transformador se monte sobre
una mase cuyas dimensiones sean requeridas por el fabricante del mismo, esta base debe
estar conformada por elementos de hormigón cuyas dimensiones deben ser 20 cm de
ancho y 20 cm de alto sobre el nivel del piso terminado. Las dimensiones de la base y el
pozo se muestran en la Figura 2.7 [36].
Figura 2.7. Base y pozo de una cámara padmounted [36].
Internacionalmente Estados Unidos establece las siguientes distancias de seguridad para
un centro de transformación padmounted como se muestra en la Figura 2.8. El paisajismo
alrededor de la caja debe proporcionar una zona de área de servicio de 10 (3 m) pies desde
la puerta delantera y tres pies (0,9 m) desde cada uno de los otros tres lados de la cámara
[37].
54
Figura 2.8. Distancias de seguridad cámara padmounted [37].
2.1.11.4 Estaciones de carga
Interfaz de estacionamiento
La guía para el emplazamiento y diseño de equipos de suministro de vehículos eléctricos
de la ciudad de New York establece y recomienda con respecto a los espacios de
estacionamiento, los vehículos eléctricos requerirán ciertas consideraciones más allá de
los enfoques de diseño típicos para estacionamientos y garajes. A esta escala, los
requisitos físicos tienen prioridad, pero debe considerarse la experiencia del usuario. Las
preocupaciones sobre el costo agregado se abordan en gran medida en la sección anterior;
sin embargo, las opciones de diseño como toldos, fuentes de energía alternativas y otros
extras agregarán gastos. Agregar un equipo de suministro para vehículos eléctricos a la
combinación típicamente estrecha de estacionamiento y planificación de garajes puede
costarles a los planificadores y desarrolladores un área valiosa; La instalación y el acceso
a equipos de suministro de vehículos eléctricos pueden requerir varios pies cuadrados
adicionales de espacio. Por seguridad, se debe prestar especial atención en general a la
colocación de equipos eléctricos en áreas que experimentarán condiciones climáticas
extremas. En esta guía se señala las formas de evitar riesgos de tropiezos en estaciones
de carga [38].
Figura 2.9. Medidas de protección para evitar tropiezos o caídas [38].
55
Los topes vehiculares y los bolardos ofrecen protección del equipo de suministro de
vehículos eléctricos contra el incidente de tráfico, y también pueden servir para bloquear el
acceso de los peatones de los peligros de viaje, el costo y el espacio determinarán qué
tipo, si cualquier equipo de suministro de vehículo eléctrico. Las barreras y los
revestimientos de pared son otras opciones de protección.
En comparación con los topes vehiculares, los bolardos crean muy poco riesgo de tropiezo.
Sin embargo, son relativamente más costosos de instalar. Cuando se utilizan bolardos en
las estaciones de carga, deben colocarse a un mínimo de 3 pies (0,9 m) de distancia, pero
a menos de 5 pies (1,5 m) de distancia para bloquear vehículos. Si se utilizan topes
vehiculares estos deben estar separados una distancia de 5 pies (1,5 m) [37].
Figura 2.10. Distancias mínimas para la ubicación de bolardos y topes vehiculares [37].
Interfaz de equipo de suministro de vehículo eléctrico
El Código Eléctrico Nacional recomienda las siguientes dimensiones tanto para el equipo
de suministro como para los espacios libres que debe existir alrededor de ellos de esta
forma se tiene que la altura recomendada para el EVSE es de 72 pulgadas (1,80 m), un
ancho de 30 pulgadas (0,76 m), una profundidad de 36 pulgadas (0,9 m), el montaje donde
se ubicara el conector debe estar a una altura del nivel del suelo donde se ubique el EVSE
entre 36 y 48 pulgadas (0,90 m y 1,20 m) , las partes operables del EVSE incluyendo el
lector y pantallas necesarias para la interfaz hombre-máquina deben estar a una altura del
nivel del suelo donde se ubique el equipo de suministro de 48 pulgadas (1,20 m) ,si fuera
el caso A o B que se utilice para la carga del vehículo los receptáculos y acopladores de
carga deben estar a una altura mínima de 24 pulgadas (0,60 m) para exteriores y de 18
pulgadas (0,46 m) para interiores, finalmente el espacio operativo para personas que se
56
encuentran de pie es de 3 pies (0,90 m) y para personas con discapacidad es de 5 pies
(1,50 m) [38] .
Figura 2.11. Dimensiones del EVSE [38].
Figura 2.12. Espacio de trabajo para manipulación EVSE [38].
2.1.12 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA
La Norma Ecuatoriana de Construcción establece que un sistema eléctrico donde exista la
denominada “tierra” cumpla con los conceptos generales que se mencionan a continuación:
57
Identificara un potencial de voltaje “0” (cero) el cual ser tomara como nivel de referencia
básico al cual se medirán o serán considerados otros niveles, dispositivos, equipos, etc.
del sistema.
Los equipos eléctricos, electrónicos, carcazas, gabinetes y en general todo componente
con material metálico que pertenezcan a estos sistemas debe estar aterrizados de acuerdo
a la norma ANSI/NFPA 70-250 y ANSI/TIA-607.
Toda instalación eléctrica debe tener un sistema de puesta a tierra con el fin de que
cualquier punto sea este de origen interno o externo con accesibilidad para personas que
transiten o permanezcan allí, no se sometan a voltajes de toque y de paso los cuales
superen los valores umbrales soportados por las personas al presentarse una falla.
Todo sistema de puesta a tierra debe cumplir con los siguientes objetivos:
• Garantizar la seguridad de todo ser vivo.
• Despeje rápido de fallas por parte de los equipos de protección.
• Servir de referencia al sistema eléctrico.
• Conducir y disipar las corrientes de falla con suficiente capacidad.
El criterio que se toma en cuenta para garantizar la seguridad de las personas, es la
máxima energía eléctrica que pueden soportar debido a voltajes de paso y toque y no el
valor de la resistencia de puesta a tierra.
El voltaje de toque admitido por el cuerpo humano está en función del tiempo de despeje
de la falla a tierra, la resistividad del suelo y la corriente de falla. El voltaje máximo de toque
no debe superar los valores presentados en la Tabla 2.10 [36].
Tabla 2.10. Voltajes máximos de toque y tiempos de despeje.
Tiempo de despeje de la falla Máximo voltaje de contacto admisible (Valores RMS AC) [V]
Mayor a dos segundos 50
750 milisegundos 67
500 milisegundos 80
400 milisegundos 100
300 milisegundos 125
200 milisegundos 200
150 milisegundos 240
100 milisegundos 320
40 milisegundos 500
58
Los valores mostrados en la Tabla 2.10 corresponden a valores máximos soportados por
el cuerpo humano frente a la circulación de corriente considerando una resistencia entre
mano y pie sin considerar resistencias externas que se puedan involucrar tal como es el
caso entre una persona y la estructura puesta a tierra o entre la persona y el terreno natural.
La Norma Ecuatoriana de Construcción establece que para el cálculo de un sistema de
puesta a tierra se tome en cuenta los requisitos que se enlistan a continuación:
• Voltaje de toque.
• Voltaje de paso.
• Resistencia del cuerpo humano de 1000 a 2000 Ω y cada pie como una placa de
200 cm2 aplicando una fuerza de 250 N.
• Características del suelo, de manera especial la resistividad-
• Corriente máxima de falla a tierra.
• Tiempo máximo de despeje de la falla.
• Tipo de carga.
Cada uno de los requisitos enlistados se calcula como lo señala el estándar IEEE 80-2000
[36].
2.1.12.1 Requisitos generales
La Norma Ecuatoriana de Construcción establece los siguientes requisitos para un sistema
de puesta a tierra:
• Los elementos metálicos que no pertenecen a la instalación eléctrica no se deberán
incluir como parte de los conductores de puesta a tierra, es decir tierras naturales
como tuberías de agua, estructuras metálicas, entre otras no se deben usar como
electrodo de puesta a tierra, pero si estar conectadas al mismo.
• Elementos metálicos que se utilizan con el propósito de reforzar estructuras de una
edificación deben estar conectados eléctricamente de forma permanente al sistema
de puesta a tierra general.
• Las conexiones que van bajo el nivel del suelo en puestas a tierra deben ser
realizadas mediante soldadura exotérmica.
• Usar aluminio en los electrodos de puestas a tierras está completamente prohibido.
59
• Se prohíbe el uso de sistemas monofásicos, es decir, la utilización de un solo
conductor de fase y donde el terreno o suelo es utilizado como camino de retorno
de las corrientes en condiciones normales de funcionamiento y las de falla.
En edificios donde existan múltiples puestas a tierras, estas deben estar interconectadas
eléctricamente, según la norma IEC 61000-5-2, como se aprecia en la figura y de igual
manera para una misma edificación queda totalmente prohibido los sistemas de puesta a
tierra que se muestran en la Figura 2.13 [36].
Figura 2.13. Sistema con puesta a tierra dedicadas e interconectadas [36].
Figura 2.14. Prohibición, una sola puesta a tierra para todas las necesidades [36].
60
Figura 2.15. Prohibición, puesta a tierra separadas [36].
2.1.12.2 Geometría del sistema
El estándar IEEE 80-2000 establece que las limitaciones de los parámetros físicos de un
sistema de puesta a tierra están basadas en las restricciones físicas y económicas de la
misma [39].
A continuación, se presentarán algunas de las características de las mallas de puesta a
tierra.
Los espaciamientos típicos entre conductores (D) están en el rango:
15,00 m > D > 3,00 m
Las profundidades típicas (h) están en el rango:
1,50 m > h ≥ 0,50 m
Los calibres típicos de conductores (MCM) están en el rango:
1 AWG ≤ MCM ≤ 4/0 AWG
2.1.12.3 Capa superficial
Una capa de alta resistividad sobre la superficie ayuda a limitar la corriente que pasaría por
el cuerpo humano, ya que esta capa agrega una resistencia a la resistencia promedio del
cuerpo.
Una capa superficial con un espesor (hs) entre 0,15 m ≥ hs ≥ 0,10 m de un material de alta
resistividad como la grava o la roca volcánica triturada, colocada sobre la superficie más
arriba de la malla, incrementa la resistencia de contacto entre el suelo y los pies de las
personas en la subestación y la corriente que circule por el cuerpo bajará
considerablemente [39].
61
2.1.12.4 Valores de resistencia de puesta a tierra
El estándar IEEE 80-2000 establece que la obtención de la resistencia de puesta a tierra
depende, si el diseño del sistema está compuesto o no por varillas, además de la geometría
del sistema que se desea realizar y el control de los voltajes de paso y toque. Un buen
sistema de aterramiento provee una baja resistencia a la tierra remota para minimizar el
incremento de potencial a tierra. Los valores máximos de resistencia que para una puesta
a tierra se muestran en la Tabla 2.11 [39].
Tabla 2.11. Valores de resistencia de puesta a tierra.
Aplicación Valor maximo de puesta a tierra [Ω]
Estructura para lineas de transmisión 20
Subestaciones de alto y extra alto voltaje V ≥ 115 kV
1
Subestaciones de medio voltaje uso exterior 10
Subestaciones de medio voltaje uso interior 10
Subestaciones de medio voltaje pequeñas 5
Protección contra rayos 4
Neutro acometida en bajo voltaje 25
Descargas electroestáticas 25
Equipos electrónicos sensibles 5
2.12.1.5 Sistemas que deben ser puestos a tierra según NEC
Figura 2.16. Sistemas que deben ser puestos a tierra según NEC [31].
62
2.2 DIMENSIONAMIENTO DE LAS ESTACIONES DE CARGA
El dimensionamiento de las estaciones de carga rápida se lo realizará en base a la
demanda máxima diversificada, con el objetivo de considerar la simultaneidad de los picos
de los diferentes tipos de carga, en este caso los diferentes vehículos eléctricos que se
pretende introducir a los principales sistemas de la provincia de Galápagos. La metodología
que se aplicará sigue los siguientes pasos:
1. Determinar las curvas de carga de los vehículos existentes, probados y cargados
en Galápagos, en base a mediciones de potencia realizadas en el momento de la
carga.
2. Determinar la clase, la probabilidad de ocurrencia y el número de vehículos
eléctricos que ingresaran a las islas Galápagos en el periodo 2019-2028, teniendo
en cuenta el parque automotor actual de las islas, así como el crecimiento de
turistas y la población en las mismas para las diferentes clases.
3. Determinar la probabilidad de poner cargar un vehículo eléctrico en las diferentes
horas del día, para este punto se puede tomar en cuenta la tarifa energética
regulada por la ARCONEL o en el caso de Galápagos se tomará en cuenta las
horas de aprovechamiento de generación fotovoltaica.
4. Tomando en cuenta la información de los pasos anteriores se realiza una
simulación de Montecarlo con el objetivo de obtener escenarios de carga y
determinar la demanda máxima diversificada para diversos casos de estudio.
5. A partir de los diversos casos de estudio, se selecciona la demanda máxima
diversificada que causa la mayor influencia, obteniéndose así el número de
vehículos que la provocan.
6. En base al número de vehículos resultantes del paso 5 se dimensionará la estación
o estaciones de carga para vehículos eléctricos que se instalaran en Galápagos.
Este punto se lo realiza en base a la teoría de colas.
7. Se determina los lugares donde se ubicarán las estaciones de carga rápida para
vehículos eléctricos.
63
Figura 2.17. Dimensionamiento estaciones de carga rápida.
Inicio
Determinación de curvas de
carga de vehículos
existentes y probados.
Determinar cantidad de
vehículos eléctricos
Determinación de la hora de
carga
Curvas de
carga, # de
vehículos,
hora de carga
Simulación de Montecarlo.
Determinar demanda máxima
diversificada
Demanda máxima
diversificada
Determinar número de
servidores y potencia de las
estaciones de carga
Determinar ubicación de
estaciones de carga rápida
Fin
Ingreso de # de
iteraciones. 100
iteraciones para
los casos de
estudio
propuestos
64
2.2.1 MODELO DE SIMULACIÓN
2.2.1.1 Escenarios de estudio
Se plantea dos escenarios de incorporación de vehículos eléctricos, se toma en cuenta la
Ley de Eficiencia Energética la cual dicta que para el 2025 todos los vehículos destinados
al transporte masivo de pasajeros deben ser eléctricos.
Con esta premisa el primer escenario que se plantea es el remplazo paulatino de la flota
de 56 buses concentrados en la isla Santa Cruz, teniendo en cuenta que estos se
reemplazaran en su totalidad en el periodo 2020-2025, además se incluirá el aumento del
parque automotor de autobuses en este mismo periodo y posterior proyección hasta el año
2028. Los autobuses que ingrese debido al crecimiento del parque automotor serán
únicamente eléctricos. Para la proyectar el crecimiento del parque automotor de autobuses
se utilizará la tasa de crecimiento anual de turistas. Se consideran únicamente autobuses
eléctricos de 12 m.
El segundo escenario a plantearse es el reemplazo paulatino de la flota de automóviles,
SUV y autobuses pertenecientes a las islas de Santa Cruz y San Cristóbal, en este caso
se tomará el periodo 2019-2025 para realizar el reemplazo de los vehículos a gasolina por
eléctricos, posteriormente se proyectará el crecimiento del parque automotor hasta el 2028.
Los vehículos eléctricos para este escenario que ingrese debido al crecimiento del parque
automotor serán únicamente eléctricos. Para la proyectar el crecimiento del parque
automotor de autobuses y SUV se utilizará la tasa de crecimiento anual de turistas, para
proyectar el crecimiento de automóviles se utilizará la tasa de crecimiento anual de la
población.
En ambos casos el objetivo será determinar la demanda máxima coincidente de grupo para
posteriormente dimensionar la estación o estaciones de carga para la provincia de
Galápagos, además se analizará el efecto de la inserción de vehículos eléctricos sobre la
curva de carga la Empresa Eléctrica Galápagos.
2.2.1.2 Requerimientos de Potencia
Para el año 2018 la Empresa Eléctrica Galápagos posee 12.484 clientes y abarca un área
de concesión de 6.638 km2 con una cobertura del 99,84 % y una generación instalada de
33,95 MW, la cual tiene origen fotovoltaico, eólico, térmico y uso de baterías para el
almacenamiento de energía. En la Figura 2.18 se muestra cómo se distribuye la generación
instalada por cada isla de la provincia Galápagos.
65
Figura 2.18. Generación instalada Islas Galápagos [40].
Para la evaluación del impacto en los sistemas analizados se toma en cuenta la curva del
día de demanda máxima de Elecgalápagos, esto ocurre en marzo de 2018, cuyos perfiles
se presentan en la figura a continuación:
Figura 2.19. Curvas de carga, día de demanda máxima de Elecgalápagos.
La demanda máxima se registra a las 19:00, momento en el cual se registraron valores de
2.962,86 kW para el sistema de San Cristóbal y de 5.867,05 kW para Santa Cruz; a esta
curva se le agregaran las obtenidas resultado de la incorporación de vehículos eléctricos
según cada caso de estudio, número de vehículos y año.
2.2.1.3 Método de simulación
El método de simulación de Montecarlo se utiliza como metodología para la modelación de
la demanda eléctrica de vehículos eléctricos debido a su potencial para cuantificar las
incertidumbres asociadas a los resultados esperados; este enfoque estocástico está
destinado a capturar la diversidad temporal y espacial de la integración de los vehículos
eléctricos ; los modelos simulación de Montecarlo deben sustentarse en datos confiables;
66
en este caso, la información empleada es las curvas de carga de los vehículos eléctricos
obtenidas mediante mediciones; en concreto, seis marcas de vehículos eléctricos que se
comercializan en el país, cuyas características técnicas se presentan a continuación:
Tabla 2.12. Características de vehículos eléctricos probados en Ecuador [40].
Marca Autonomía [km] Energía de carga [kWh]
Volkswagen Golf 129 23,4
Nissan Leaf 142 24,6
Renault Kangoo 112 23,2
Renault Twizy 68 9,5
Mitsubishi Outlander 57 12,8
Kia Soul 168 29,6
El algoritmo desarrollado realiza las siguientes etapas:
• Se ingresa el número de vehículos que se desea para realizar la simulación.
• Utiliza la simulación de Montecarlo para generar valores de hora inicial de carga,
porcentaje inicial de la batería del vehículo eléctrico y tipo de vehículo.
• Se asigna curvas de carga en función de la hora inicial de carga, porcentaje inicial de
la batería del vehículo eléctrico y tipo de vehículo.
• Se ingresa la cantidad de interacciones que se desea para obtener las curvas de carga.
• Ingreso de la cantidad de iteraciones deseadas para obtención de la curva de carga.
Cada uno de los casos, el análisis se realiza con base a los resultados de 100 iteraciones,
se utiliza este número de iteraciones debido a que no se tiene un criterio de convergencia
por lo cual se promedia los 100 resultados obtenidos para obtener un resultado global;
además el uso 100 interacciones se da debido a la capacidad del software utilizado en este
caso Excel; el criterio de parada es sólo una mínimo error existen en entre las diferentes
simulaciones lo cual no tiene que ver con la influencia de los resultados; el algoritmo antes
referido realiza las siguientes etapas:
• Utiliza la simulación de Montecarlo para generación de la hora inicial de carga,
porcentaje inicial de batería y tipo de vehículo.
• Realiza la asignación de curvas de carga en función de la hora inicial de carga y
porcentaje inicial de batería y tipo de vehículo.
• Ejecución de la cantidad de iteraciones deseadas para obtención de la curva de carga.
El modelo descrito se ha desarrollado en Microsoft Excel y cuyo manual de usuario se
encuentra en el ANEXO A.
El siguiente diagrama de flujo presenta el esquema completo del modelo utilizado:
67
Figura 2.20. Modelo de simulación de requerimientos energéticos para vehículos eléctricos.
INICIO
Iteraciones>0No
FIN
Si
¿Se ingreso el número de vehículos ? No
Si
Generación de base de vehículos
a simular
Base creada?No
Si
Base de vehículos a simular
Curvas de carga de VE (por tipo)
Curvas asignadas?
Si
Asignación de curvas de carga (hora de inicio de carga y % de
carga)
No
Base vehículos (modelada)
Requerimientos energéticos de vehículos eléctricos
Iteraciones completas ?
No
Base final modelación
Ingreso número de vehículos
Ingrese # de iteraciones
Si
68
A continuación, se exponen los criterios de simulación de Montecarlo para generación de
la hora inicial de carga, porcentaje inicial de batería y marca de vehículo.
La información proporcionada por la empresa eléctrica de Galápagos, certifica que en la
provincia existen tres tipos de vehículos eléctricos con una potencia de carga de 1,99 kW,
2,03 kW y 6,22 kW, estos vehículos han sido probados y cargados en la provincia con lo
que se ha obtenido los tiempos de carga para cada tipo y se ha elaborado una curva para
el posterior análisis. En relación al tiempo empleado por los cargadores estos se
consideran de “Modo 3”. Los vehículos existentes son clase automóvil y SUV.
Figura 2.21. Curvas de carga, tiempo y potencia empleados en los vehículos existentes en Galápagos.
La potencia que requiere cada tipo de vehículo depende de las características técnicas de
los mismos, de forma especial el tamaño de la batería.
Adicionalmente se tiene información del número de vehículos eléctricos existentes en la
provincia de Galápagos en el 2018, siendo estos un total de 160 los cuales se concentran
en las islas Santa Cruz (mayormente), San Cristóbal e Isabela.
Tabla 2.13. Tipos de vehículos utilizados [40].
Potencia del cargador [kW] % de vehículos Batería [kWh]
1,99 (SUV) 0,189 6
2,03 (Automóvil) 0,544 5
6,22 (Automóvil) 0,266 27
En el caso de buses eléctricos existentes en el Ecuador se encuentran de dos clases, el
primero un bus articulado de 18 m y el segundo un bus para movilidad urbana de 12 m.
Las características de ambos buses se muestran en la Tabla 2.14 y las curvas de carga se
muestran en la Figura 2.22.
69
Tabla 2.14. Características autobuses eléctricos.
Tipo Total Energía [kWh] Eficiencia de carga [%] Potencia Máxima [kW]
18 m 480,34 92,1 200
12 m 357,66 93,7 80
Figura 2.22. Curvas de carga autobuses eléctricos.
2.2.1.4 Intervalo de carga
Como criterio de análisis se considera que los vehículos eléctricos no se conectaran a la
red cuando su sistema de carga se encuentre debajo del 20% o sea igual o superior al
90%, es decir la carga de vehículos se realizará cuando el sistema de cara se encuentre
en el intervalo del 20 % al 90%.
Figura 2.23. Intervalo de carga.
2.2.1.5 Horas de carga
El esquema tarifario como se cita en [41] , es uno de los aspectos más importantes a tomar
en cuenta para la carga de vehículos, el esquema tarifario es preferencial a partir de las
70
22h00 hasta las 08h00, por esta razón se debe incorporar en el modelo criterios de carga
y no carga, de tal forma que los usuarios se conecten a partir de esta hora.
Tarifa general de bajo voltaje con registrador de demanda horaria para vehículos
eléctricos
Se aplica a los consumidores sujetos a la categoría general de bajo voltaje, que dispongan
de vehículo eléctrico; para lo cual, se deberá instalar un medidor con registrador de
demanda horaria que permita identificar la demanda de potencia y los consumos de
energía en los periodos de demanda punta, media y base.
Esta tarifa se aplica para la facturación mensual del servicio público de energía eléctrica,
por la demanda de potencia y por el consumo de energía eléctrica, exclusivamente para el
vehículo eléctrico y que es medido por un registrador de demanda horaria independiente
[41].
Tabla 2.15. Pliego tarifario bajo voltaje.
RANGO DE CONSUMO DEMANDA ($) ENERGÍA ($) COMERCIALIZACIÓN ($)
L-V:08h hasta 18h00
4,050
0,080
1,414 L-D: 18h00 hasta 22:00 0,10
L-D:22h00 hasta 08h00 0,050
SyD: 08h00 hasta 18h00
Tarifa general de medio voltaje con registrador de demanda horaria para las
estaciones de carga rápida de vehículos eléctricos
Se aplica a los consumidores sujetos a la categoría general de medio voltaje; que se
enfocan al uso de la energía para estaciones de carga rápida de vehículos eléctricos.
Estas estaciones deben tener instalado un medidor con registrador de demanda horaria,
que permita identificar la demanda de potencia y los consumos de energía en los periodos
de demanda punta, media y base [41].
Tabla 2.16. Pliego tarifario medio voltaje.
RANGO DE CONSUMO DEMANDA
($) ENERGÍA
($) COMERCIALIZACIÓN
($)
L-V: 08:00 h hasta 18:00 h
4,050
0,069
1,414 L-D: 18:00 h hasta 22:00 h 0,086
L-D:22H00 h hasta 08:00 h 0,043
S-D: 08:00 h hasta 18:00 h
71
Tarifa general de alto voltaje para las estaciones de carga rápida de vehículos
eléctricos
Se aplica a los consumidores de energía eléctrica conectados a alto voltaje, Grupo AV1
(40kV<NV≤138) estos consumidores se le aplica la estructura y nivel tarifario
correspondiente a la tarifa de medio voltaje [41].
Además, en Galápagos se provee aprovechar la generación fotovoltaica, con lo cual se
daría la oportunidad para la instalación de estaciones de carga para vehículos eléctricos.
Haciendo ideal una expansión de energía renovable incorporando generación fotovoltaica
para su aprovechamiento máximo; de los datos históricos disponibles al 2012 se evidencia
que entre las 11:00 h y 13:00 h existe la máxima radiación solar en las islas Galápagos.
Figura 2.24. Radiación solar en las Islas Galápagos [40].
Considerando estos dos aspectos, la determinación de la hora de carga corresponde a una
distribución de probabilidad binomial, de acuerdo a la siguiente expresión.
𝑃(𝑥) = ∑
𝑛!
𝑥! (𝑛 − 𝑥)!
23
x=0
𝑝𝑥𝑞𝑛−𝑥 = 1 (2.1)
72
Donde:
n = horas del día
x = hora carga
p = Probabilidad de carga
q = Probabilidad de no carga
Con estas consideraciones, la hora inicial de carga utilizó la distribución de probabilidad
que se muestra en las siguientes figuras:
Figura 2.25. Hora de carga basada en aprovechamiento de generación.
Figura 2.26. Hora de carga basada en pliego tarifario.
73
2.2.1.6 Cantidad de vehículos
El Instituto Ecuatoriano de Estadísticas y Censos ha proporcionado información relaciona
a Galápagos como se muestra en la Tabla 2.17 [42].
Tabla 2.17. Estadísticas 2008-2018 provincia de Galápagos.
Año Población # de turistas Automóviles SUV Autobús
2008 - 173419 27 44 18
2009 - 162610 19 39 9
2010 25884 173297 32 50 14
2011 26576 185028 19 50 29
2012 27284 180831 17 39 21
2013 28000 204395 22 50 11
2014 28726 215691 59 52 17
2015 29453 224755 242 111 25
2016 30172 218365 - - -
2017 30890 241800 309 214 46
2018 31600 275817 284 257 56
En base a la información proporcionada y haciendo uso de la función “COEF.DE.CORREL”
de Excel se procede a calcular el coeficiente de correlación entre el aumento de la
población y el aumento de automóviles de las islas, de igual manera se calcula el
coeficiente de correlación entre el número de turistas que ingresan a la provincia y el
número de autobuses y vehículos tipo SUV. Se obtiene los resultados que se muestran la
Tabla 2.18.
Tabla 2.18. Coeficiente de correlación
Relación Coeficiente de correlación
#turistas- autobuses 0,84
#turistas-SUV 0,90
Población-automóviles 0,90
De la información proporcionada se tiene que la tasa de crecimiento promedio anual de
número de turistas es de 3,09% mientras que la tasa de crecimiento promedio anual de la
población es de 2,53%. Al tener una fuerte correlación entre los casos citados en la Tabla
2.18, se utilizará las tasas de crecimiento mencionadas para proyectar el número de
vehículos que se encontraran en el periodo 2019-2028 en la provincia de Galápagos.
Adicionalmente se tiene información del parque automotor en la provincia de Galápagos,
en donde existe un total de 2952 vehículos matriculados hasta diciembre de 2018 de estos
un total de 160 vehículos son eléctricos de la clase automóvil, es decir el 5,42% del total,
74
además dependiendo de la clase los vehículos existentes se distribuyen de la siguiente
manera:
Tabla 2.19. Parque automotor Galápagos 2018 [42].
Clase Número
Automóvil 284
Autobús 56
Camión 176
Camioneta 767
Furgoneta 39
SUV 257
Motocicleta 1334
Tanquero 15
Tráiler 1
Volqueta 13
Otra Clase 10
Total 2952
El parque automotor de Galápagos en cuanto a vehículos tipo automóvil y SUV se
concentra principalmente en tres islas, Santa Cruz con el 89,375% de participación, San
Cristóbal con el 10,00 % de participación e Isabela con el 0,625% de participación.
Con la información de la Tabla 2.19 en conjunto con la información de la tabla Tabla 2.13,
se tiene que del total de vehículos eléctricos (160), 130 son vehículos tipo automóvil y 30
de son vehículos tipo SUV, todos estos vehículos se concentran en las islas anteriormente
mencionadas, además los buses existentes en la provincia se encuentran concentrados en
la isla de Santa Cruz.
Tabla 2.20. Vehículos eléctricos existentes en Elecgalápagos 2018 [43].
Mes Santa Cruz San Cristóbal Isabela
Ene. 47 5 -
Feb. 53 9 1
Mar. 63 10 1
Abr. 72 10 1
May. 83 10 1
Jun. 86 11 1
Jul. 99 11 1
Ago. 110 13 1
Sep. 123 14 1
Oct. 129 15 1
Nov. 136 16 1
Dic. 143 16 1
75
Tabla 2.21. Situación parque automotor principales islas 2018 [43].
cc Suv Automóviles Vehículos eléctricos
Automóviles eléctricos
Suv eléctrico
Santa Cruz 230 254 143 116 27
San Cristóbal
26 28 16 13 3
Isabela 2 2 1 1 0
Total 257 284 160 130 30
2.2.1.7 Probabilidad de ocurrencia según la clase de vehículo
En el primer caso de estudio, reemplazo de flota de autobuses, únicamente se considera
autobuses de 12 metros, los autobuses de 18 metros son articulados y estos no circulan ni
circularan en las islas Galápagos por lo que la probabilidad de ocurrencia es la mostrada
en la Tabla 2.22.
Tabla 2.22. Probabilidad de ocurrencia autobuses en Galápagos.
Tipo Probabilidad
12 metros 1
18 metros 0
Para el segundo caso de estudio, reemplazo de automóviles, SUV y autobuses, se tomará
en cuenta la cantidad que se ha proyectado para cada clase en cada año del periodo 2019-
2028, de esta forma se obtendrá el número total de vehículos eléctricos que ingresaran a
las islas Santa Cruz y San Cristóbal.
En este contexto, se aplica el concepto de probabilidad para determinar la partición de cada
clase de vehículo dentro de la simulación que se realizará.
𝑃𝑟𝑜𝑏𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 =
#𝐶𝑎𝑠𝑜𝑠 𝑓𝑎𝑣𝑜𝑟𝑎𝑏𝑙𝑒𝑠
#𝐶𝑎𝑠𝑜𝑠 𝑃𝑜𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠 (2.2)
En el caso de automóviles se tiene los denominados “tipo 1” y “tipo 2”, en base a la
información de la Tabla 2.13 estos tendrán la probabilidad de ocurrencia mostrada en la
Tabla 2.23.
Tabla 2.23. Probabilidad de ocurrencia vehículos clase automóvil.
Tipo Probabilidad
Tipo 1 0,328
Tipo 2 0,672
76
Estas probabilidades deben ser multiplicadas de forma individual por la probabilidad
obtenida al aplicar la fórmula 2.2. A los vehículos eléctricos clase SUV se los denomino
“tipo 3”.
2.2.2 DEMANDA MÁXIMA DIVERSIFICADA
En base al modelo de simulación descrito en el numeral 2.2.1, se realizará un total de 100
iteraciones para cada caso de estudio propuesto y para cada año del periodo 2019-2028,
para cada iteración se obtendrá demandas hora a hora en un periodo de 24 horas (0:00 h
– 23:00 h), de esta manera se obtendrá 100 curvas de demanda diaria en los términos
inicialmente mencionados.
La curva de demanda horaria a utilizarse será el resultado de sacar el promedio de las 100
curvas de demandas diarias simuladas, obteniéndose curvas de demanda diaria para cada
año del periodo 2019-2028, de cada año se obtendrá el valor de demanda máxima
diversificada.
De los casos de estudio realizados se analizará que curva de demanda horaria tiene mayor
influencia en los sistemas de las islas Galápagos obteniéndose así la demanda máxima
diversificada de dicha curva y posteriormente verificar el número de vehículos que la
ocasionan.
Con el número de vehículos obtenidos se procede a dimensionar el tamaño de la estación
o estaciones de carga, así como la ubicación de las mismas.
2.2.3 TEORÍA DE COLAS PARA ESTACIONES DE CARGA
Con el fin de evitar el sobredimensionamiento de las estaciones de carga rápida y de esta
manera no tener pérdidas innecesarias en los transformadores que abastezcan a esto
lugares, se propone la siguiente metodología para determinar el número de cargadores en
base al número de vehículos eléctricos obtenidos previamente.
La estación de carga rápida para vehículos eléctricos es un sistema de servicio estocástico,
siendo los cargadores los que brindan el servicio, el modelo del sistema de colas se
muestra en la Figura 2.27.
77
Figura 2.27. Esquema de sistema de colas
Sistema de entrada: la llegada de los vehículos a la estación de carga es un evento
independiente y satisface condiciones de estacionalidad, propiedad de Markov, y
universalidad, por lo tanto, la llegada de vehículos eléctricos a la estación se da de acuerdo
con el proceso de Poisson y los intervalos de tiempo entre vehículos supone una
distribución exponencial negativa.
Sistema de salida: El tiempo de carga para cada vehículo depende de la energía restante
en la batería del vehículo eléctrico, se utiliza una distribución exponencial negativa para
describir el tiempo de carga.
Disciplina de servicio: un cargador solo puede servir a un solo vehículo a la vez.
Modelo de cola: la estación de carga es una cola estándar M/M/s, es decir se atiende por
orden de llegada.
Estación de servicio: puede servir a más de un vehículo a la vez al mismo tiempo.
Las variables involucradas son:
− Número de vehículos (n).
− Número de servidores, en este caso número de cargadores.
Se define los siguientes términos:
Se define a la tasa promedio de llegada como el número de vehículos que llegan a la
estación por unidad de tiempo.
𝜆 =𝑛
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑝𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (2.3)
Se define a la tasa de servicio promedio como número de clientes servidos por unidad de
tiempo.
78
𝜇 =
1
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 (2.4)
El sistema se ve afectado por el estado inicial y por el tiempo que ha transcurrido desde
este, dándose una condición transitoria. Al transcurrir el tiempo suficiente el estado del
sistema se vuelve independiente del estado inicial y del tiempo transcurrido volviéndose un
estado estable y la distribución del sistema permanece igual con el tiempo. Por lo tanto,
para cualquier n la entrada debe ser igual a la salida. Las probabilidades que satisfacen
esta condición de acuerdo a [28] son:
𝑃𝑜 = [(∑𝜌𝑖
𝑖!
𝑠−1
𝑖=0
) +𝜌𝑠
𝑠! (1 − 𝜌𝑠)]
−1
(2.5)
𝑃𝑛 =
1
𝑛!𝜌𝑠𝑃𝑜; (1 ≤ 𝑛 ≤ 𝑠) (2.6)
𝑃𝑛 =
1
𝑠! 𝑠𝑛−𝑠𝜌𝑠𝑃𝑜; (𝑛 > 𝑠) (2.7)
Donde:
𝜌 =
𝜆
𝜇 (2.8)
𝜌𝑠 =
𝜆
𝜇 ∗ 𝑠≤ 1 (2.9)
1) El número promedio a largo plazo en la cola.
𝐿𝑞 =
𝜌𝑠+1
(𝑠 − 1)(𝑠 − 𝜌)2𝑃𝑜 (2.10)
2) El número promedio a largo plazo en el sistema.
𝐿𝑠 = 𝐿𝑞 + 𝜌 =
𝜌𝑠+1
(𝑠 − 1)(𝑠 − 𝜌)2𝑃𝑜 + 𝜌 =
𝜆
𝜇 (2.11)
3) El retraso promedio a largo plazo en la cola por cliente.
𝑊𝑞 =
𝐿𝑞
𝜆=
𝜌𝑠+1
𝜆(𝑠 − 1)(𝑠 − 𝜌)2𝑃𝑜 (2.12)
79
4) El tiempo de estadía promedio a largo plazo por cliente.
𝑊𝑠 =
𝐿𝑠
𝜆+
1
𝜇=
𝜌𝑠+1
𝜆(𝑠 − 1)(𝑠 − 𝜌)2𝑃𝑜 +
1
𝜇 (2.13)
5) El porcentaje de inactividad del cargador.
𝐼% = 1−𝜌𝑠 (2.14)
De los índices señalados al aumentar 𝑠 disminuyen 𝐿𝑞, 𝐿𝑠, 𝑊𝑞 y 𝑊𝑠 mientras que 𝐼%
aumenta.
Con esta premisa existen dos formas de determinar el número óptimo de cargadores:
• El primero es un método gráfico, el cual consiste en realizar curvas de 𝑊𝑠 y 𝑃𝑜 en
relación al número de cargadores 𝑠, con el objetivo de visualizar la variación de las
mismas, el número óptimo de cargadores se escoge cuando las curvas ya no
representan un cambio significativo.
Figura 2.28. Método grafico determinación de número de cargadores.
Este método se utilizará para el dimensionamiento de las estaciones de carga en la
provincia de Galápagos.
• El segundo método consiste en tomar los índices sistemas más conflictivos, 𝑊𝑠 y
𝐼%, para determinar la cantidad óptima de servidores. Se debe satisfacer las
siguientes condiciones:
𝑊𝑠 ≤∝
𝐼% ≤ 𝛽
80
Donde ∝ y 𝛽 son factores que dependen del comportamiento de las personas al momento
de esperar por lo que lo ∝ y 𝛽 toman valores de 0,6 y 50% respectivamente [28].
2.2.4 ESTUDIO DE TRÁFICO VEHICULAR
Se ha tomado para los casos de estudio las Islas de Santa Cruz y San Cristóbal, estas
tienen una superficie de 986 km2 y 558 km2. [44]. Las rutas de transito más comunes en
estas son las siguientes:
Isla Santa Cruz
• Aeropuerto Isla Baltra – Baltra Ferry Terminal: esta ruta abarca un total de 6,30 km.
Figura 2.29. Ruta Aeropuerto Isla Baltra-Baltra ferry terminal.
En el 2018 llegaron 275.817 turistas a las islas Galápagos, en promedio 756 turistas arriban
diariamente los cuales recorren la ruta antes mencionada, este recorrido se lo realiza en
buses los cuales tienen una capacidad promedio para 90 personas. Con estos
antecedentes se necesita 8 autobuses para cubrir la demanda de turistas es decir el 14,3
% del total de autobuses del 2018.
• Santa Cruz Ferry Terminal- Playa El Garrapatero: esta ruta abarca un total de 49,3
km.
Figura 2.30. Ruta Santa Cruz Ferry Terminal -Playa El Garrapatero.
81
• Santa Cruz Ferry Terminal-Puerto Ayora: esta ruta comprende un total 40,60 km.
Figura 2.31. Ruta Santa Cruz Ferry Terminal -Puerto Ayora.
En la Tabla 2.19 se tiene el número de vehículos tipo SUV y automóvil que circularon en la
isla Santa Cruz en el año 2018, además del parque automotor de autobuses que no se
considera en la isla Baltra. Las rutas mostradas en la Figura 2.31 y Figura 2.30, son las
más transitadas en la isla Santa Cruz [45].
San Cristóbal
• Puerto Baquerizo Moreno-Puerto Chino: esta ruta comprende un total de 24,7 km.
Figura 2.32. Ruta Puerto Baquerizo Moreno-Puerto Chino.
En la Tabla 2.19 se tiene el número de vehículos tipo SUV y automóvil que circularon en la
isla San Cristóbal en el año 2018. La ruta mostrada en la Figura 2.32 es la más transitadas
en la isla Santa Cruz [45].
82
3 RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1 PARÁMETROS DE LAS ESTACIONES DE CARGA RÁPIDA
Los parámetros que se establecerán en esta sección deberán ser implementados en las
estaciones de carga rápida para la provincia de Galápagos.
Las estaciones de carga rápida para vehículos deben estar dentro del área de concepción
de las denominadas estaciones de movilidad eléctrica, mismas que deben contar con un
mínimo de dos estaciones de carga que permitan cargar de manera simultánea un vehículo
eléctrico categoría M y un vehículo eléctrico de categoría N.
El método de carga que se debe emplear en las estaciones de carga de las islas Galápagos
debe ser el método conductivo, es decir se debe realizar una conexión física entre el
vehículo eléctrico y la estación de carga.
La conexión entre el vehículo eléctrico y la red de suministro de energía eléctrica debe
emplear un cable y un conector para vehículos eléctricos que estén fijos en la estación de
carga y cuyo propósito sea la conexión en la entrada del vehículo eléctrico y posterior carga
de la batería del mismo.
Figura 3.1. Método de carga y conexión a la red.
El cargador que se debe emplear es el SAE combo 2 de base combina como se muestra
en la Figura 3.2.
Figura 3.2. Conector SAE combo 2.
83
En estaciones de carga rápida los cargadores deben tener una potencia igual o mayor a
22 kW sean estos en corriente alterna o corriente continua. El modo de carga debe ser
Modo 3 o Modo 4 para estaciones de carga rápida AC y modo 4 para estaciones de carga
rápida DC.
Tabla 3.1. Modos para carga rápida.
Modo Conexión Potencia [kW] Corriente [A] Voltaje [V]
Modo 3 Corriente alterna trifásica
≥22 ≥32
220< V ≤ 600
Modo 4 Corriente alterna trifásica 220< V ≤ 600
Corriente continua 220< V ≤ 1500
Las estaciones de carga AC deben tener las siguientes funciones de seguridad:
Funciones obligatorias
• Detección de presencia de tierra.
• Verificación de continuidad de la tierra.
• Protección contra sobrevoltaje.
• Protección contra bajo voltaje.
• Protección contra sobrecorriente y cortocircuito.
• Corriente de fuga.
• Presencia de conector y bloqueo.
• Energización de la fuente de alimentación al vehículo eléctrico.
• Des-energización de la fuente de alimentación al vehículo eléctrico.
Funciones opcionales
• Ventilación durante el suministro de energía.
• Selección de la tasa de carga.
• Calidad de energía de entrada. •
Las estaciones de carga DC deben tener las siguientes funciones de seguridad:
Funciones obligatorias
• Presencia de conector y bloqueo.
• Comprobación de continuidad del conductor de protección.
• Energización de la fuente de alimentación al vehículo eléctrico.
• Des-energización de la fuente de alimentación al vehículo eléctrico.
• Suministro de corriente contínua para vehículos eléctricos.
84
• Medición de corriente y voltaje.
• Acoplador de retención / liberación.
• Bloqueo del acoplador.
• Evaluación de compatibilidad.
• Prueba de aislamiento antes de cargar.
• Protección contra sobrevoltaje en la batería.
• Verificación del voltaje del conector del vehículo.
• Integridad de suministro del circuito de control.
• Prueba de cortocircuito antes de cargar.
• Apagado iniciado por el usuario.
• Protección contra sobrecarga para conductores paralelos.
• Protección contra sobrevoltaje temporal.
• Parada de emergencia.
Funciones opcionales
• Activación de la estación de carga DC por vehículo eléctrico.
• Detección/ajuste de la corriente de carga disponible en tiempo real de EVSE.
• Ventilación durante el suministro de energía.
• Selección de la tasa de carga.
Los gabinetes de las estaciones de carga donde se encuentra el equipo de suministro de
vehículos eléctricos deben tener un grado IP44 de protección contra la entrada de objetos
extraños, para evitar la entrada de agua u objetos solidos el grado de protección debe ser
IP21.
Todos los componentes que formen parte del equipo de suministros de energía eléctrica
para vehículos eléctricos deben tener un grado IPXXD para protección contra descargas
eléctricas.
Las estaciones de carga rápida se tienen que tomar como estaciones de clase II para
dimensionar la resistencia de aislamiento, la cual debe tener un valor mayor o igual 7 MΩ.
Si el vehículo no se encuentra conectado a la estación de carga, esta debe presentar una
resistencia de asilamiento de al menos 500 Ω/V para el caso de corriente alterna, para una
estación de carga de corriente continua se debe presentar una resistencia de aislamiento
de al menos 100 Ω/V cuando el vehículo no está conectado a una fuente de alimentación
eléctrica externa.
85
Las protecciones contra sobrecorrientes deben ser dimensionadas acorde a la capacidad
de los circuitos a proteger y en función de las curvas de disparo corriente-tiempo y ubicadas
en tableros de distribución tipo centro de carga. La protección contra sobre corriente para
alimentadores y circuitos derivados que suministran energía equipos debe dimensionarse
para servicio continuo y debe tener una clasificación de no menos del 125 % de la carga
máxima del equipo. Protección contra sobrecarga se usará únicamente si no se tiene una
protección contra sobrecorrientes y esta se dimensiona de acuerdo a la carga máxima
esperada de la estación de carga.
Se debe proporcionar un dispositivo de protección contra sobrecorriente (por ejemplo,
fusible, disyuntor) en el circuito de alimentación del vehículo, este criterio se aplica para
estaciones de carga AC y DC.
Se debe proporcionar un dispositivo de protección contra sobrecorriente (por ejemplo,
fusible, disyuntor) dentro del cargador, este criterio se aplica para estaciones de carga AC
y DC.
Las cámaras de transformación que abastezcan a las estaciones para la movilidad eléctrica
deben ser subterráneas y cumplir con los siguientes requerimientos mínimos señalados a
continuación:
Espacios de trabajo y distancias de seguridad alcanzables por una persona, se sitúan a
una distancia límite de 2,50 m por arriba, 1,0 m lateralmente y 1,0 m hacia abajo.
Si una parte energizada descubierta se ubica en la parte frontal de un tablero o centro de
control, el espacio de trabajo libre requerido será de 1,50 m.
El ingreso del personal autorizado se dará a través de boquetes ubicados en la losa
superior con una dimensión de 70x70 cm.
El acceso y salida de la cámara se dará a través de una escalera asegurada a la pared del
ducto de acceso y cuyos peldaños se encuentren a 30 cm de separación.
La parte inferior de la escalera se situará sobre una plataforma de hormigón a una altura
de 60 cm del nivel del suelo de la cámara y cuyo acceso será a través de peldaños de
hierro u hormigón.
Las especificaciones y obra civil requerida dependerán de la empresa distribuidora.
86
El sistema de puesta a tierra de las debe estar diseñado de acuerdo al estándar IEEE 80-
2000. Se debe cumplir que todo sistema de puesta a tierra cumpla con los siguientes
objetivos:
• Garantizar la seguridad de todo ser vivo.
• Despeje rápido de fallas por parte de los equipos de protección.
• Servir de referencia al sistema eléctrico.
• Conducir y disipar las corrientes de falla con suficiente capacidad.
El sistema de puesta a tierra para este caso debe tener una resistencia de puesta a tierra
de un valor mínimo de 5 Ω.
Para el cálculo de un sistema de puesta a tierra se tome en cuenta los requisitos que se
enlistan a continuación:
• Voltaje de toque.
• Voltaje de paso.
• Resistencia del cuerpo humano de 1000 a 2000 Ω y cada pie como una placa de
200 cm2 aplicando una fuerza de 250 N.
• Características del suelo, de manera especial la resistividad-
• Corriente máxima de falla a tierra.
• Tiempo máximo de despeje de la falla.
• Tipo de carga.
Además se debe considerar además que:
• Los elementos metálicos que no pertenecen a la instalación eléctrica no se deberán
incluir como parte de los conductores de puesta a tierra, es decir tierras naturales
como tuberías de agua, estructuras metálicas, entre otras no se deben usar como
electrodo de puesta a tierra, pero si estar conectadas al mismo.
• Elementos metálicos que se utilizan con el propósito de reforzar estructuras de una
edificación deben estar conectados eléctricamente de forma permanente al sistema
de puesta a tierra general.
• Las conexiones que van bajo el nivel del suelo en puestas a tierra, deben ser
realizadas mediante soldadura exotérmica.
• Usar aluminio en los electrodos de puestas a tierras está completamente prohibido.
• Se prohíbe el uso de sistemas monofásicos, es decir, la utilización de un solo
conductor de fase y donde el terreno o suelo es utilizado como camino de retorno
de las corrientes en condiciones normales de funcionamiento y las de falla.
87
• Los espaciamientos típicos entre conductores (D) están en el rango:
15,00 m > D > 3,00 m
• Las profundidades típicas (h) están en el rango:
1,50 m > h ≥ 0,50 m
• Los calibres típicos de conductores (MCM) están en el rango:
1 AWG ≤ MCM ≤ 4/0 AWG
• Una capa superficial con un espesor (hs) entre 0,15 m ≥ hs ≥ 0,10 m de un material
de alta resistividad.
Se debe tener topes vehiculares o los bolardos para protección del equipo de las
estaciones de carga. Los bolardos en las estaciones de carga, deben estar separados una
distancia mínima de 0,90 m y máxima de 1,50 m. Los topes vehiculares deben estar
separados una distancia 1,50 m.
El montaje donde se ubicará el conector debe estar a una altura del nivel del suelo donde
se ubique el equipo de suministro para vehículos eléctricos entre 0,90 m y 1,20 m, las
partes operables del mismo incluyendo el lector y pantallas necesarias para la interfaz
hombre-máquina deben estar a una altura del nivel del suelo donde se ubique el equipo de
suministro de 1,20 m, la altura recomendada de la estación de carga es de 1,80 m. El
espacio operativo para personas que se encuentran de pie es 0,90 m y para personas con
discapacidad es 1,50 m.
Figura 3.3. Distancias para operación y protección de las estaciones de carga.
88
Figura 3.4. Distancias de operación en la estación de carga.
3.2 DEMANDA DE POTENCIA
3.2.1 CASO 1
Para el primer caso de estudio se muestra en la Figura 3.5 en el 2025 se ha reemplazo
todo el parque automotor de autobuses que utilizan combustibles fósiles, además del
número de autobuses eléctricos que se tiene para cada año, debido al reemplazo y
aumento del parque automotor, en el año 2028 se proyecta tener un total de 74 autobuses
eléctricos de 12 metros.
Figura 3.5. Crecimiento autobuses eléctricos isla Santa Cruz.
89
En la Figura 3.6 se muestra la demanda máxima diversificada para cada año del periodo
2019-2020, teniendo en cuenta el número de autobuses que se tiene para cada año, de
esta manera se tiene que en el 2020 con 11 autobuses se tiene una demanda máxima
diversificada de 385,09 kW mientras que para el año 2028 con 74 autobuses se tiene se
tiene una demanda máxima diversificada de 2,49 MW.
Figura 3.6. Demanda de potencia debido a autobuses isla Santa Cruz.
En la Figura 3.7 se muestra el impacto de ingresar 74 autobuses eléctricos cuya demanda
máxima diversificada es 2,49 MW, se ha incrementado 42,44% de la demanda máxima
presentada en marzo de 2018, además este aumento de potencia representa el 15,3% de
los 14 MW de generación instalados en la isla Santa Cruz sin tomar en cuenta el 1,532
MWp de generación fotovoltaica instalada en dicha isla. La demanda crece a partir de las
9:00 y empieza a decaer alrededor de las 15:00 teniendo el pico máximo entre las 14:00 y
15:00 horas.
Figura 3.7. Impacto sobre la curva de carga 74 autobuses isla Santa Cruz.
90
3.2.2 CASO 2
Santa Cruz
Tabla 3.2. Proyección de vehículos eléctricos isla Santa Cruz.
Santa Cruz
Año Autobuses eléctricos Automóviles eléctricos SUV eléctricos Total
2018 0 116 30 146
2019 0 142 66 207
2020 11 168 101 281
2021 23 195 138 356
2022 34 222 174 430
2023 45 249 211 505
2024 57 275 247 580
2025 68 302 285 655
2026 70 310 294 674
2027 72 318 303 693
2028 74 326 312 712
Figura 3.8. Crecimiento de vehículos eléctricos Santa Cruz.
Para el segundo caso de estudio se muestra en la Figura 3.8 en el 2025 se ha reemplazo
todo el parque automotor de vehículos clase : autobús, SUV y automóviles que utilizan
combustibles fósiles, además del número de vehículos eléctricos que se tiene para cada
año , debido al reemplazo y aumento del parque automotor, en el año 2028 se proyecta
tener un total de 712 vehículos eléctricos en la isla Santa Cruz, siendo los automóviles y
SUV los de mayor participación y crecimiento .
91
Figura 3.9. Demanda de potencia Santa Cruz y San Cristóbal.
En la Figura 3.9 se muestra la demanda máxima diversificada para cada año del periodo
2019-2020, teniendo en cuenta el número de vehículos que se tiene para cada año en la
isla Santa Cruz, de esta manera se tiene que en el 2018 con 146 vehículos eléctricos se
tiene una demanda máxima diversificada de 264,23 kW mientras que para el año 2028 con
712 vehículos eléctricos se tiene se tiene una demanda máxima diversificada de 3,318 MW.
Figura 3.10. Impacto sobre la curva de carga 712 vehículos eléctricos.
En la Figura 3.10 se muestra el impacto de ingresar 712 vehículos eléctricos, autobuses,
SUV y automóviles, en la isla Santa Cruz cuya demanda máxima diversificada es 3,318
MW, se ha incrementado 56,55% de la demanda máxima presentada en marzo de 2018,
además este aumento de potencia representa el 23,7% de los 14 MW de generación
92
instalados en la isla Santa Cruz sin tomar en cuenta el 1,532 MWp de generación
fotovoltaica instalada en dicha isla. El mayor impacto lo provoca la inserción de autobuses
eléctricos cuyo aporte a la demanda es de 2,49 MW, los 828 kW restantes de la demanda
se deben a la inserción de SUV y automóviles eléctricos. La demanda crece a partir de las
8:00 y empieza a decaer alrededor de las 14:00 teniendo el pico máximo entre las 12:00 y
14:00 horas.
San Cristóbal
Tabla 3.3. Proyección de vehículos eléctricos San Cristóbal.
San Cristóbal
Año Automóviles eléctricos SUV eléctricos Total
2018 13 3 16
2019 16 7 23
2020 19 12 31
2021 22 16 38
2022 26 20 46
2023 29 24 53
2024 32 29 61
2025 35 33 68
2026 36 34 70
2027 37 35 72
2028 38 36 74
Figura 3.11. Crecimiento de vehículos eléctricos San Cristóbal.
Para el segundo caso de estudio referido a San Cristóbal se muestra en la Figura 3.11 en
el 2025 se ha reemplazo todo el parque automotor de vehículos clase: SUV y automóviles
que utilizan combustibles fósiles, además del número de vehículos eléctricos que se tiene
93
para cada año, debido al reemplazo y aumento del parque automotor, en el año 2028 se
proyecta tener un total de 74 vehículos eléctricos.
Figura 3.12. Impacto sobre la curva de carga 74 vehículos eléctricos San Cristóbal.
En la Figura 3.9 se muestra la demanda máxima diversificada para cada año del periodo
2019-2020, teniendo en cuenta el número de vehículos que se tiene para cada año en la
isla San Cristóbal, de esta manera se tiene que en el 2018 con 16 vehículos eléctricos se
tiene una demanda máxima diversificada de 40,07 kW mientras que para el año 2028 con
74 vehículos eléctricos se tiene se tiene una demanda máxima diversificada de 100,74 kW.
En la Figura 3.12 se muestra que los 100,74 kW no tienen mayor incidencia sobre la curva
de demanda máxima registrada en 2018 y representa un incremento el 3% de la demanda
máxima, además este aumento de potencia representa el 1% de los 11,39 MW de
generación instalados en la isla San Cristóbal sin tomar en cuenta el 13 kWp de generación
fotovoltaica instalada en dicha isla. La demanda crece a partir de las 8:00 h y empieza a
decaer alrededor de las 15:00 h teniendo el pico máximo entre las 14:00 h y 16:00 h.
3.3 ESTACIONES DE CARGA RÁPIDA
Santa Cruz
Del análisis de la Figura 3.7 y la Figura 3.10 , pertenecientes al impacto de la inserción de
vehículos eléctricos en la isla Santa Cruz se denota que el mayor aporte demanda
pertenece a la inserción de 76 autobuses eléctricos para el 2028 con una demanda de 2,49
MW, de este total de autobuses el 14,3% cubrirá la ruta aeropuerto Isla Baltra-Baltra ferry
terminal, es decir 11 buses.
Se determina el número óptimo de cargadores tomando en cuenta los siguientes aspectos:
94
• 11 autobuses cubrirán la ruta aeropuerto Isla Baltra-Baltra ferry terminal.
• 65 autobuses cubrirán las rutas descritas para la isla Santa Cruz en el punto 2.2.4.
• Las estaciones de carga rápida atenderán las 24 horas del día.
• El tiempo de carga promedio será de 5 horas.
Figura 3.13. Determinación número optimo cargadores para 11 autobuses.
En la Figura 3.13 haciendo uso del método gráfico se determina que el número óptimo de
cargadores para atender 11 autobuses debe ser de 5 cargadores, si se toma en cuenta las
curvas de carga de la Figura 2.22 la potencia de estos cargadores debe ser de 80 kW.
Estas estaciones deben ser DC y modo 4.
La ubicación de esta estación de carga será en el aeropuerto de la isla Baltra.
Figura 3.14. Ubicación estación de caga rápida aeropuerto isla Baltra.
95
Figura 3.15. Determinación número óptimo de cargadores para 65 autobuses.
De acuerdo a la Figura 3.15 se determina que el número óptimo de cargadores para 65
autobuses es de 18 cargadores, si se toma en cuenta las curvas de carga de la Figura 2.22
la potencia de estos cargadores debe ser de 80 kW.
Al tomaren cuenta las distancias que existen en las rutas Santa Cruz Ferry Terminal-Puerto
Ayora y Santa Cruz Ferry Terminal-Playa el Garrapatero, de nota que la distancia máxima
de recorrido es 49,3 km, además tomando en cuenta el vehículo eléctrico de menor
autonomía de la Tabla 2.12, 68 km, se determina la ubicación de dos estaciones de carga
rápida, las cuales tendrán 9 cargadores cada una de una potencia de 80 kW. Estas
estaciones deben ser DC y modo 4.
La primera ubicación para la estación de carga rápida es las mediaciones de Santa Cruz
Ferry Terminal.
Figura 3.16. Ubicación estación de carga rápida Santa Cruz Ferry Terminal.
96
Para la segunda estación de carga se eligió un punto intermedio entre la playa El
Garrapatero y Puerto Ayora, el punto elegido es el sector de Bellavista el cual se encuentra
a 34,5 km de distancia de Santa Cruz Ferry Terminal
Figura 3.17. Ubicación estación de carga rápida Bellavista.
San Cristóbal
Del análisis de la Figura 3.12, pertenecientes al impacto de la inserción de vehículos
eléctricos en la isla San Cristóbal la demanda por la inserción de 74 vehículos eléctricos
para el 2028 es de 100,74 MW.
Se determina el número óptimo de cargadores tomando en cuenta los siguientes aspectos:
• 74 vehículos cubrirán la ruta Puerto Baquerizo Moreno-Puerto Chino.
• Las estaciones de carga rápida atenderán las 24 horas del día.
• El tiempo de carga promedio será de 1 hora.
Figura 3.18. Determinación número óptimo de cargadores para 74 VE.
97
De acuerdo a la Figura 3.18 se determina que el número óptimo de cargadores para 74
vehículos eléctricos es de 5 cargadores, debido a que a partir de este valor la curva no da
un cambio significativo, la potencia de los cargadores deben ser de una potencia de 24 kW
y la estación de carga debe ser tipo DC y modo 4.
De acuerdo a la ruta Puerto Baquerizo Moreno-Puerto Chino donde existe una distancia de
24,7 km se busca un punto estratégico entre ambos puntos, el lugar seleccionado para la
estación de carga rápida es el sector El Progreso, el cual se encuentra a las afueras de
Puerto Baquerizo Moreno y en ruta a puerto Chino.
Figura 3.19. Ubicación estación de carga rápida El progreso.
Tabla 3.4. Estaciones de carga rápida Islas Galápagos.
Estación de carga # de
cargadores Potencia de cargadores
[kW] Potencia total
[kW]
Aeropuerto Baltra 5 80 400
Santa Cruz Ferry Terminal
9 80 720
Bellavista 9 80 720
El progreso 5 24 120
98
4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1 CONCLUSIONES
• Se demostró con el estudio técnico la factibilidad para la incorporar estaciones de
carga rápida en la provincia de Galápagos basándose datos de generación y
demanda de energía eléctrica.
• A partir de las normas nacionales e internacionales que se adaptan a las
condiciones ambientales y técnicas de las Islas Galápagos, se ha establecido
requisitos y parámetros que deben regir en las estaciones de carga rápida de esta
zona geográfica, que se caracteriza por ser un sistema aislado. En el país no existe
una regulación la cual se destine exclusivamente para las instalaciones de
estaciones de carga pública para ciudades o para el traslado entre las mismas, se
menciona a breves rasgos las instalaciones de carga de vehículos eléctricos en el
hogar, pero estas se encuentran poco desarrolladas y como tema aún desconocido
ya que no se le ha dado la importancia que este requiere.
• Se ha establecido una metodología para determinar el impacto del ingreso de
vehículos eléctricos en los sistemas de Santa Cruz y San Cristóbal tomando en
cuenta la generación existente en estas y el comportamiento de los usuarios.
• El análisis permitió establecer el número, potencia y ubicación de las estaciones de
carga teniendo en cuenta que clase de vehículos generan mayor impacto en la
curva de carga donde se presenta la demanda máxima diversificada. Esto, a partir
de varias simulaciones que resultaron en la selección del caso crítico. Los términos
en cuanto a método de carga, tipo de carga, modo de carga, nivel de carga y modo
de conexión a la red han sido con frecuencia confundidos en los diversos estudios
realizados en el Ecuador lo cual ha tenido como consecuencia una escasa inserción
de vehículos eléctricos en el país y los que han ingresado han tenido problemas ya
que existe ausencia de infraestructura para la carga de los mismos. Los términos
tipo y modo de carga son los que más confusión han generado, de este modo el
termino tipo de carga hace referencia al tiempo empleado para la misma y el modo
de carga tiene que ver con la variación en el nivel de seguridad que ofrece la
estación.
• En base a las normas revisadas se concluye que una estación de carga rápida,
para tener tal denominación, el cargador o cargadores en ella deben ser de una
potencia igual o superior a 22 kW sea de corriente alterna o corriente continua,
99
además una estación de carga AC debe emplear el modo 3 o 4 obligatoriamente,
mientras que para una estación de carga DC solo se emplea el modo 4.
• Las Islas Galápagos al ser un ecosistema diverso y altamente delicado se concluye
que los parámetros mínimos requeridos para la estación de carga deben tomar en
cuenta contaminación visual y contaminación de ruido, por lo cual las cámaras de
transformación en las estaciones de carga rápida de Galápagos, así como del
Ecuador continental, deberían ser subterráneas pero debido a las condiciones del
suelo presentes en este territorio estas deben ser padmounted.
• Del análisis se evidencia que en las islas Galápagos la generación en base a
energías renovables está siendo desperdiciada ya que la demanda máxima tanto
de la isla Santa Cruz como de la Isla San Cristóbal se encuentran por debajo del
60% de la generación instalada, la cual en su mayoría se debe a generación
térmica. Esto presenta una oportunidad para abastecer a las estaciones de carga
rápida, dimensionadas en el presente trabajo, con la generación que no está siendo
utilizada.
• El factor más importante en los estudios de planificación y proyección de demanda
es el comportamiento de los usuarios, al hacer uso de una simulación de Montecarlo
se tiene varios escenarios de carga y así se aproxima a la realidad de la situación.
• El modelo planteado para la determinación de las curvas de carga para diferentes
clases de vehículos eléctricos, permite personalizar las consideraciones de acuerdo
con los criterios presentes (incentivos tarifarios, incorporación de VE y tipos
disponibles), de manera que las modelaciones y resultados finales puedan
considerar las políticas vigentes o nuevos criterios de análisis. Además, la curva de
carga obtenida en el presente análisis cumple con el 95% de confianza, asumiendo
que los sistemas de carga del vehículo y/o cargador realizan la carga en función de
las distribuciones de probabilidad presentadas en el presente trabajo.
• La teoría de colas permite analizar el comportamiento de un servicio, en este caso
de las estaciones en carga teniendo en cuenta cantidad de vehículos,
comportamiento de llegada, salida, número de servidores, tiempo promedio de
carga y tiempo de apertura de las estaciones de carga, en este caso se ha usado
un modelo de cola estándar o simple.
• En los casos analizados, si bien se ha determinado un número óptimo de
cargadores de acuerdo a la cantidad de vehículos eléctricos que mayor impacto
causan en los sistemas de Santa Cruz y San Cristóbal en la teoría de colas no se
100
ha tomado en cuenta el porcentaje inicial de la batería, curvas carga y otros factores
por lo cual la infraestructura de carga rápida podría incrementar pérdidas de
energía, especialmente porque los transformadores asociados estarían trabajando
la mayor parte del tiempo sin carga; esto se debe a que las condiciones de uso se
encuentran asociadas a los horarios de ingreso y salida de turistas, especialmente
en el aeropuerto Seymour e Itabaca.
• Galápagos al ser una provincia relativamente pequeña, la ubicación de las
estaciones de carga se lo hizo en base a las distancias de los lugares de mayor
afluencia poblacional y turística y tomando en cuenta el vehículo eléctrico con
menor autonomía.
4.2 RECOMENDACIONES
• Se recomienda realizar un estudio para la incorporación de una regulación que
permita al ente rector establecer requisitos mínimos para estaciones de carga los
cuales garanticen seguridad en la instalación y calidad en cuanto a términos
eléctricos se refiera. Así mismo se podría por optar por adopción de una norma
internacional como lo son la ISO 17409 e IEC 61851-1.
• A medida que la tecnología de vehículos eléctricos y estaciones de carga avanza
se debería tomar en cuenta en futuros trabajo la incorporación de métodos de carga
como lo son el método de carga inalámbrico y el método de intercambio de baterías,
los cuales deberían amalgamarse en estudio técnico-financiero.
• Para trabajos futuro se recomienda trabajar en conjunto ambos modelos
presentados, simulación de Montecarlo y teoría de colas, además de tomar en
cuenta factores importantes como lo son la autonomía de los diferentes vehículos
eléctricos y la degradación de la batería de los mismos.
• Para tener un adecuado de número de iteraciones se recomienda obtener un
parámetro de conversión o en su defecto con los resultados de las iteraciones
obtenidas realizar un proceso de clustering para obtener resultados más exactos y
precisos.
101
5 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] J. Todd, J. Chen, “Analysis of the Electric Vehicle Industry”, I. E. D. Council,
Washington DC, USA, 2013.
[2] Z. Shahan, “The Osborne Effect on the Auto Industry”, 2 de marzo de 2019. [En línea].
Disponible en: https://cleantechnica.com/2019/02/25/the-osborne-effect-on-the-auto-
industry/. [Accedido: 25-sep-2019].
[3] E. Aragon, “Venta global de vehículos eléctricos”, 2 Abril 2019. [En línea]. Disponible
en: https://movilidadelectrica.com/las-ventas-de-vehiculos-electricos-globales-2018/.
[Accedido: 29-sep-2019].
[4] Instalaciones con fines especiales-Infraestructura para la recarga de vehiculos
electricos,Ed: Nov 2017, Ministerio de Economía, Industria y Competitividad, Madrid,
2017, pp.4-10.
[5] H. Rodriguez, “Categoría de vehículos”, Aratec Corp., Sevilla, España, 2012.
[6] E. Calle, I. Sánchez, “Infraestructura para la introducción de vehículos eléctricos”,
Agencia de Regulacion y Control de Electricidad, Quito, Ecuador, 2019.
[7] Electric vehicle conductive charging system - Part 23: DC electric vehicle charging
stations,IEC 61851-23:2014, 2014 .
[8] Electric vehicle conductive charging system - Part 22: AC electric vehicle charging
stations, IEC 61851-22:2014, 2014.
[9] Electrically propelled road vehicles — Connection to an external electric power supply
— Safety requirements, ISO 17409:2015, 2015.
[10] Electric vehicle conductive charging system. Part 1: General Requeriments, IEC
61851-1, 2017.
[11] Electric Vehicle Conductive for AC charging system, AIS-138 (Part 1), India, 2017.
[12] Electric Vehicle Conductive for DC charging system, AIS-138 (Part 2), India, 2018.
[13] Calidad del servicio de distribución y comercialización de energía eléctrica,
Regulacion Arconel 005/18,Agencia de Regulacion y Control de Electricidad, Quito,
2018.
[14] A. Ganti, “Correlation Coefficient”, 14 de agosto de 2019. [En línea]. Disponible en:
https://www.investopedia.com/terms/c/correlationcoefficient.asp. [Accedido: 2-oct-
2019].
[15] “Distribución de Energía Eléctrica”, apuntes de clase para IEE6L3, Departamento de
Energía Eléctrica, Escuela Politécnica Nacional, 2017-A.
[16] Electric Vehicle Charging Stations-Technical Installation Guide, 2nd ed., Hydro
Québec, Quebec, 2015, pp.10-21.
102
[17] J. Dai, M. Ludois, “Wireless electric vehicle charging via capacitive power transfer
through a conformal bumper”, IEEE Applied Power Electronics Conference and
Exposition (APEC). DOI: 10.1109 / apec.2015.7104827
[18] J. Bablo, “Electric Vehicle Infrastructure Standardization”, World Electric Vehicle
Journal, 8(2), 576–586, DOI:10.3390/wevj8020576
[19] P. Diwan, “Is Battery Swapping a Viable Option for Public Transportation EVs?”, 19
de junio de 2018. [En línea]. Disponible en: https://medium.com/@pdiwan/is-battery-
swapping-a-viable-option-for-public-transportation-evs-adb4ced74ff2. [Accedido: 5-
oct-2019].
[20] R. Vanderput, “Everything you’ve always wanted to know about fast charging”, 18 de
mayo de 2018. [En línea]. Disponible en:
https://fastnedcharging.com/en/blog/post/everything-you-ve-always-wanted-to-know-
about-fast-charging. [Accedido: 8-oct-2019].
[21] Datasheet Panasonic Lithium Ion NCR18650A,Panasonic Corp.,Osaka, Japon,2018.
[22] Electric Vehicle (EV) Charging Infraestructure, 1st ed, Queensland Government
,Queensland , 2018, pp. 2-11.
[23] Guidance for implementation of electric vehicle charging infrastructure, Local
Gouvernament of London, 1st ed., London, 2010, pp. 8-14.
[24] CHAdeMO DC Charging Connector-Instruction Manual, 3rd ed., Yazaki Corporation,
2016, pp. 13-15.
[25] J. Gallo, “Electric Truck & Bus Grid Integration, Opportunities, Challenges &
Recommendations”, World Electric Vehicle Journal, 8(1), 45–56.
DOI:10.3390/wevj8010045
[26] E. Galindo, “Variables Aleatorias”, en Estadística Métodos y Aplicaciones, 1ra ed., vol.
1,Ecuador: Prociencia Editores, 2011, pp. 81-100.
[27] C. Azofeifa, “Aplicación de la Simulación MonteCarlo”, Tecnología en Marcha, 1era
ed., vol. 1,Costa Rica.
[28] J. Heizer, B. Render, “Modelo de colas (líneas de espera)”, en Direccion de la
produccion y de operaciones, 8va ed., vol. 1, ES: Perason Prentice Hall, 2007, pp.
401-421.
[29] G.Alvarez, “Estudio previo para la implementacion del servicio de electrolineras en
sitios estrateicos de la ciudad de guayaquil”, SAUCINC, Guayaquil, Ecuador, 2018.
[30] J. Salmerón, “Diseño de la instalación eléctrica de una electrolinera”, Proyecto fin de
carrera,Departamento de Ingeniería Eléctrica, Univ. Carlos III de Madrid, Leganés,
España, 2012.
[31] National Electrical Code, 2014 ed, NFPA, USA, 2014, pp. 1046-1043.
[32] Internacional Electronichal Comission standard voltages, IEC 60038, 2009 .
103
[33] Standardization for road vehicles and associated infrastructure,2nd ed., Comite
Europeo de Normalización Electrotécnica 2011, pp. 31-42.
[34] MC. Falvo, D. Sbordone, IS. Bayram, M. Devetsikiotis, “Estaciones y modos de carga
EV: estándares internacionales”, Simposio internacional 2014 sobre electrónica de
potencia, accionamientos eléctricos, automatización y movimiento, DOI: 10.1109 /
speedam.2014.6872107.
[35] Electrically propelled road vehicles-Safety specifications-Part 3: Electrical safety,ISO
6469-3, 2018 .
[36] Norma ecuatoriana de construcccion-Instalaciones electromecánicas,ed.
2013,MIDUVI, Ecuador, 2013, pp.14-71.
[37] Site charging for electric vehicle charing station, 2012 ed., U.S Departament of
Energy, USA, 2012, pp.4-35.
[38] Siting and design guidelines for electric vehicle supply equipment, 2012 ed., U.S
Departament of Energy, USA, 2012, pp.8-34.
[39] IEEE guide for safety in AC substation Grounding,Std. IEEE 80-2000, 2000 .
[40] E. Calle, “Determinación del factor de coincidencia y curva de carga de vehículos
eléctricos en base a mediciones, comparación con el caso de Galápagos”, Agencia
de Regulacion y Control de Electricidad, Quito, Ecuador, 2019.
[41] Esquema tarifario para la introduccion de vehiculos electricos en el ecuador,
Resolución No. ARCONEL-038/15,Agencia de Regulacion y Control de Electricidad,
Quito, 2015.
[42] Estadisticas del Sector del transporte 2018, Evolución Histórica del Anuario de
Estadísticas de Transporte, Ed. 2018, Instituto Nacional de Estadísticas y
Censos,Quito, Ecuador, 2019.
[43] Catastro 2018 de uso de la energia eléctrica, Rendición de cuentas 2018 ,Empresa
Eléctrica Galápagos,Galápagos, Ecuador, 2019.
[44] Latin Trails, “Los sitios que no te puedes perder en Galápagos”, Oct. 28 de 2017, 1ra
ed. [En línea]. Disponible en: https://latintrails.com/es/los-sitios-de-visita-mas-
populares-de-galapagos-en-2017/. [Accedido: 2-dic-2019].
[45] Gobernacion de Galápagos, “Información de interés para llegada a las islas”, Dic. 2
de 2018, 1ra ed. [En línea]. Disponible en: http://www.galapagos.gob.ec/informacion-
de-interes-para-la-llegada-a-las-islas/# [Accedido: 18-dic-2019].
104
ANEXOS
ANEXO A. Manual de usuario
ANEXO B. Resultados caso de estudio 1
ANEXO C. Resultados caso de estudio 2
105
ANEXO A
Manual de usuario
El programa utilizado para la simulación de Montecarlo se lo realizo en base las funciones
que ofrece Microsoft Excel.
CONTENIDO:
El programa cuenta con las siguientes etapas:
• Etapa 1: Ingreso de curvas de carga.
• Etapa 2: Ingreso de parámetros.
• Etapa 4: Asignación de curvas.
• Etapa 5: Ejecución de iteraciones.
• Etapa 6: Exportación de resultados.
ETAPA 1: INGRESO DE CURVAS DE CARGA
• En el archivo de Excel llamado “modelo de simulación” se ingresará en hoja
denominada “curvas”, en esta se ingresará la potencia requerida en cada hora en
un periodo de 24 horas para la carga del vehículo eléctrico.
Figura A. 1. Ingreso parámetros curvos de carga.
106
ETAPA 2: INGRESO DE PARÁMETROS.
• En el archivo de Excel llamado “modelo de simulación” se ingresará en hoja
denominada “análisis”, se hará clic sobre el botón , el cual
desplegará una ventana auxiliar como se muestra a continuación:
Figura A. 2. Ingreso cantidad de clase de vehículos eléctricos.
• En esta venta se ingresará la cantidad de vehículos eléctricos existentes, para el
caso de galápagos se tiene vehículos clase: autobús (18 y 12 metros), automóvil (3
tipos) y SUV (1 tipo) con lo cual el número a ingresar es de 6, posteriormente se da
clic sobre el botón aceptar y se desplegará una nueva ventana.
Figura A. 3. Ingreso tipo de vehículo.
• En esta pantalla y de acuerdo al número de clase de vehículos eléctricos, ingresa
los nombres de las marcas existentes en este caso se tiene las siguientes
denominaciones:
Automóvil: Tipo 1, Tipo 2, Tipo 4.
SUV: Tipo 3.
Autobús: 18 metros, 12 metros.
Posteriormente después de haber ingresado los tipos de vehículos eléctricos se
desplegará una nueva ventana.
107
Nota: es importante ingresar los nombres tal cual se ha escrito anteriormente.
Figura A. 4. Ingreso probabilidad de ocurrencia
• En esta ventana se escribirá la probabilidad de ocurrencia, misma que viene dada
por la proyección de vehículos eléctricos para los casos de estudio.
• Los datos ingresados se visualizarán en parte superior izquierda de la hoja
“análisis”, adicionalmente en la misma ubicación existe un espacio dedicado para
ingresar el número de vehículos que se desea simular, tal como se muestra en la
figura a continuación.
Figura A. 5. Visualización de parámetros e ingreso de cantidad de vehículos a simular.
ETAPA 3: SIMULACIÓN DE ALEATORIOS.
• Posterior al ingreso de parámetros en la hoja “análisis”, se hará clic sobre el botón
, el cual simulará la hora de carga, porcentaje de la batería y tipo
de vehículo de acuerdo al número y tipo de vehículos que se requiera para la
simulación. Los aleatorios se visualizan en la misma hoja.
Figura A. 6. Simulación aleatoria.
108
ETAPA 4: ASIGNACIÓN DE CURVAS.
• Posterior a la simulación de aleatorios en la hoja “análisis”, se hará clic sobre el
botón , el cual asignará curvas de carga la hora de carga,
porcentaje de la batería y tipo de vehículo de acuerdo al número y tipo de vehículos
provenientes de la etapa 3. Los datos obtenidos se visualizarán junto a los
aleatorios simulados.
ETAPA 5: EJECUCIÓN DE ITERACIONES.
• Posterior a la asignación de curvas en la hoja “análisis”, se hará clic sobre el botón
el cual abrirá una venta auxiliar donde se ingresará el número
de iteraciones que se desea, es decir la cantidad de escenarios de carga que se
desea simular.
Figura A. 7. Ingreso de iteraciones.
ETAPA 6: EXPORTACIÓN DE RESULTADOS.
• Posterior a la ejecución de iteraciones en la hoja “análisis”, se hará clic sobre el
botón el cual exportará los resultados obtenidos de acuerdo
al número de iteraciones en una nueva hoja llamada “resultados”.
109
ANEXO B
Resultados caso de estudio 1
Tabla B.1. Estaciones de carga rápida Islas Galápagos.
Tabla B.2. Demanda máxima registrada en los sistemas de Galápagos 2018.
Sis
tem
a
0:0
0
1:0
0
2:0
0
3:0
0
4:0
0
5:0
0
6:0
0
7:0
0
8:0
0
9:0
0
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
16:0
0
17:0
0
18:0
0
19:0
0
20:0
0
21:0
0
22:0
0
23:0
0
De
ma
nd
a M
áxim
a
San C
ristó
bal
1.8
45,9
6
1.7
33,2
9
1.6
54,0
5
1.6
02,5
6
1.5
64,7
7
1.5
40,9
9
1.5
33,0
4
1.7
89,5
0
2.1
31,8
8
2.3
59,0
6
2.4
90,5
5
2.6
17,5
2
2.6
97,8
9
2.7
72,8
9
2.8
04,3
0
2.7
62,2
0
2.7
09,0
6
2.6
13,3
3
2.7
02,2
9
2.9
62,8
6
2.8
06,0
5
2.6
68,7
9
2.4
64,3
9
2.2
16,6
2
2.9
62,8
6
Santa
Cru
z
3.9
57,2
8
3.6
96,4
9
3.4
54,1
0
3.3
46,5
6
3.2
70,9
0
3.1
99,8
5
3.2
20,2
0
3.6
34,8
2
4.3
57,6
2
4.8
05,6
6
5.0
44,0
9
5.2
53,5
5
5.2
39,1
4
5.2
34,2
1
5.5
27,8
3
5.5
47,9
4
5.6
24,0
5
5.3
47,0
5
5.5
96,0
5
5.8
67,0
5
5.5
74,2
5
5.3
95,1
7
5.0
72,8
7
4.6
59,1
5
5.8
67,0
5
Baltra
87,1
4
87,3
6
85,1
3
81,2
9
80,4
0
79,0
9
100,5
3
138,0
0
154,8
8
173,6
5
187,4
5
176,5
9
166,6
8
162,0
8
161,7
6
161,3
3
137,0
0
131,5
2
130,5
2
131,2
1
134,4
3
124,5
9
108,7
7
106,9
4
187,4
5
Isabela
813,9
7
750,6
8
710,7
8
685,2
9
663,8
6
652,5
7
652,5
5
771,1
0
881,2
7
893,3
3
962,6
0
965,9
8
988,9
5
1.0
02,3
4
1.0
34,2
7
970,9
0
880,1
4
933,0
2
1.0
88,0
1
1.1
84,5
8
1.1
13,0
2
1.1
09,7
2
991,5
7
888,6
4
1.1
84,5
8
Flo
rea
na
42,6
9
42,8
3
40,4
9
39,2
9
38,3
3
40,1
2
42,7
7
43,4
3
42,3
5
44,0
1
41,3
1
50,7
4
54,1
9
46,4
3
43,9
5
46,7
4
49,5
7
53,1
9
56,8
8
59,2
2
57,6
5
54,9
9
52,3
1
62,0
8
62,0
8
Año Proyeccion Diesel Reemplazo Electricos Aumento PA Total Ingreso de electricos al año Total de eléctricos al año
2019 56 56 0 0 0 0 0
2020 58 47 9 9 2 11 11
2021 60 37 10 19 2 12 23
2022 62 28 9 28 2 11 34
2023 64 19 9 37 2 11 45
2024 66 9 10 47 2 12 57
2025 68 0 9 56 2 11 68
2026 70 0 0 0 2 2 70
2027 72 0 0 0 2 2 72
2028 74 0 0 0 2 2 74
110
Tabla B.3. Resultados obtenidos de las simulaciones para autobuses eléctricos.
0:0
0
1:0
0
2:0
0
3:0
0
4:0
0
5:0
0
6:0
0
7:0
0
8:0
0
9:0
0
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
16:0
0
17:0
0
18:0
0
19:0
0
20:0
0
21:0
0
22:0
0
23:0
0
# a
uto
bu
ses
De
ma
nd
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áxim
a
Añ
o
San
ta C
ruz
0,8
0
1,8
0
2,3
2
3,0
8
4,0
0
5,8
0
10,8
0
26,8
2
66,2
4
118,4
2
191,4
9
284,1
4
354,2
7
385,0
9
354,3
7
282,3
5
201,5
0
116,9
2
65,6
7
37,0
8
26,2
4
23,4
0
22,7
2
23,9
6
11
385,0
9
2020
0,0
0
1,0
0
2,0
0
3,0
0
6,4
0
12,8
4
17,6
8
46,3
3
107,8
1
236,6
4
404,3
9
610,4
9
744,3
5
800,0
4
725,9
2
560,7
1
361,9
0
219,3
9
115,6
0
60,7
6
33,0
4
23,8
0
22,2
4
23,0
0
23
800,0
4
2021
0,8
0
1,3
2
2,8
8
3,8
0
5,9
2
11,4
8
27,2
6
77,2
0
178,3
7
350,8
5
576,4
6
864,3
8
1.0
58,2
5
1.1
55,8
7
1.0
76,4
6
851,2
3
571,1
8
338,0
2
171,7
6
75,9
6
36,9
6
24,3
6
22,4
8
23,8
0
34
1.1
55,8
7
2022
0,0
0
1,0
0
2,0
0
3,0
0
5,6
0
18,9
2
52,7
8
110,9
7
242,0
1
478,5
7
787,9
0
1.1
16,7
8
1.4
26,8
1
1.5
23,5
4
1.3
73,1
6
1.0
98,6
6
742,7
0
424,4
3
203,5
1
84,7
6
40,0
0
26,3
6
23,2
0
23,1
6
45
1.5
23,5
4
2023
1,6
0
2,1
2
2,4
0
3,0
8
6,4
0
18,1
2
54,7
1
140,4
9
313,2
3
588,7
7
1.0
06,0
1
1.4
34,7
9
1.8
16,6
7
1.9
44,0
1
1.7
71,0
8
1.3
86,4
0
913,8
0
517,2
3
254,2
4
106,7
6
46,0
0
26,7
6
22,9
6
24,6
8
57
1.9
44,0
1
2024
0,3
2
1,0
8
2,0
0
3,8
0
6,4
0
28,9
9
64,0
7
150,5
5
350,3
9
672,1
0
1.1
63,9
8
1.6
84,0
6
2.1
45,5
9
2.3
22,4
3
2.1
55,3
7
1.6
79,0
3
1.1
09,7
1
614,3
4
284,3
2
115,2
4
48,2
4
27,0
0
22,8
0
23,8
0
68
2.3
22,4
3
2025
0,3
2
1,0
8
2,8
0
3,3
2
8,8
8
22,1
2
63,3
4
166,8
7
359,0
5
707,9
6
1.1
51,2
3
1.7
39,7
1
2.2
15,7
0
2.3
78,8
3
2.1
62,3
5
1.6
36,8
2
1.0
80,3
2
614,5
9
292,3
1
125,2
4
51,2
8
28,4
4
23,1
2
23,9
6
70
2.3
78,8
3
2026
1,1
2
1,4
0
2,0
8
5,4
0
14,4
0
28,8
4
72,4
7
171,3
5
393,6
7
738,0
2
1.2
23,7
5
1.7
83,9
9
2.2
36,5
6
2.4
27,8
6
2.2
14,4
0
1.7
28,7
8
1.1
41,0
7
643,2
2
309,3
5
131,4
0
56,0
0
30,1
2
23,6
0
24,7
6
72
2.4
27,8
6
2027
0,0
0
1,0
0
2,0
0
3,8
0
12,0
0
31,5
6
83,1
7
168,2
5
383,2
8
775,2
7
1.2
89,5
2
1.8
30,7
8
2.2
83,8
2
2.4
90,2
1
2.3
05,3
7
1.8
12,2
1
1.1
95,4
6
666,6
6
311,7
6
122,5
2
48,0
8
26,0
4
22,5
6
23,0
0
74
2.4
90,2
1
2028
111
Tabla B.4. Resultados obtenidos teoría de colas 11 autobuses isla Santa Cruz.
s Po ρs Lq Ls Wq Ws I %
3 0,069382 0,7639 1,9070 4,1986 4,16069 9,1607 23,61%
4 0,094213 0,5729 0,3401 2,6317 0,74198 5,7420 42,71%
5 0,099552 0,4583 0,0819 2,3736 0,17872 5,1787 54,17%
6 0,100758 0,3819 0,0203 2,3119 0,04422 5,0442 61,81%
7 0,101026 0,3274 0,0048 2,2965 0,01051 5,0105 67,26%
8 0,101084 0,2865 0,0011 2,2927 0,00234 5,0023 71,35%
9 0,101095 0,2546 0,0002 2,2919 0,00049 5,0005 74,54%
10 0,101097 0,2292 0,0000 2,2917 0,00009 5,0001 77,08%
11 0,101098 0,2083 0,0000 2,2917 0,00002 5,0000 79,17%
12 0,101098 0,1910 0,0000 2,2917 0,00000 5,0000 80,90%
Tabla B.5. Resultados obtenidos teoría de colas 65 autobuses isla Santa Cruz.
s Po ρs Lq Ls Wq Ws I %
14 0,000000 0,9673 25,4725 39,0141 9,40521 14,4052 3,27%
15 0,000001 0,9028 5,6839 19,2256 2,09868 7,0987 9,72%
16 0,000001 0,8464 2,3294 15,8711 0,86008 5,8601 15,36%
17 0,000001 0,7966 1,1112 14,6528 0,41028 5,4103 20,34%
18 0,000001 0,7523 0,5610 14,1027 0,20715 5,2072 24,77%
19 0,000001 0,7127 0,2889 13,8306 0,10669 5,1067 28,73%
20 0,000001 0,6771 0,1490 13,6907 0,05502 5,0550 32,29%
21 0,000001 0,6448 0,0761 13,6178 0,02812 5,0281 35,52%
22 0,000001 0,6155 0,0383 13,5800 0,01414 5,0141 38,45%
23 0,000001 0,5888 0,0189 13,5605 0,00697 5,0070 41,12%
112
ANEXO C
Resultados caso de estudio 2
Tabla C.1. Proyección de vehículos clase automóviles isla Santa Cruz.
Año
Proy
ecció
nGa
solin
aRe
empl
azo
Eléctr
icos p
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esel
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l año
2018
254
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00
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260
118
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116
2614
2
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267
9919
397
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626
168
2021
274
7920
597
2011
627
195
2022
281
5920
797
2711
627
222
2023
288
3920
997
3411
627
249
2024
295
2019
118
741
116
2627
5
2025
302
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138
748
116
2730
2
2026
310
00
08
5611
68
310
2027
318
00
08
6411
68
318
2028
326
00
08
7211
68
326
Auto
móv
iles
113
Tabla C.2. Proyección de vehículos clase SUV isla Santa Cruz.
Año
Proy
ecció
nGa
solin
aRe
empl
azo
Eléctr
icos p
or di
esel
Aum
ento
PAAu
men
to PA
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lElé
ctrico
s ini
ciale
sTo
tal In
gres
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léctr
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l año
Tota
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l año
2018
230
200
00
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237
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2929
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3036
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244
143
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3035
101
2021
252
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2986
822
3037
138
2022
260
8628
114
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3036
174
2023
268
5729
143
838
3037
211
2024
276
2928
171
846
3036
247
2025
285
029
200
955
3038
285
2026
294
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929
4
2027
303
00
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930
3
2028
312
00
09
8230
931
2
Suv
114
Tabla C.3. Proyección de vehículos clase automóviles isla San Cristóbal.
Año
Proy
ecció
nGa
solin
aRe
empl
azo
Eléc
trico
s por
gaso
lina
Aum
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2018
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2019
2913
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16
2020
3011
24
12
133
19
2021
319
26
13
133
22
2022
326
39
14
134
26
2023
334
211
15
133
29
2024
342
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16
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32
2025
350
215
17
133
35
2026
360
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18
131
36
2027
370
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19
131
37
2028
380
00
110
131
38
Auto
móv
iles
115
Tabla C.4. Proyección de vehículos clase SUV isla San Cristóbal.
Año
Proy
ecció
nGa
solin
aRe
empl
azo
Eléc
trico
s por
gaso
lina
Aum
ento
PA
Aum
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Tota
l Ing
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l año
2018
2623
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2019
2720
33
11
34
7
2020
2816
47
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35
12
2021
2913
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16
2022
3010
313
14
34
20
2023
317
316
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24
2024
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29
2025
330
323
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2026
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2027
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19
31
35
2028
360
00
110
31
36
Suv
116
Tabla C.5. Probabilidad de ocurrencia para vehículos isla Santa Cruz.
AUTOBÚS AUTOMÓVIL SUV
Año/tipo 12 metros Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3
2018 0,0000 0,2606 0,5339 0,2055
2019 0,0000 0,2242 0,4594 0,3163
2020 0,0403 0,1967 0,4029 0,3601
2021 0,0655 0,1797 0,3682 0,3866
2022 0,0798 0,1690 0,3463 0,4049
2023 0,0898 0,1615 0,3309 0,4177
2024 0,0988 0,1557 0,3189 0,4266
2025 0,1043 0,1511 0,3097 0,4349
2026 0,1039 0,1509 0,3091 0,4362
2027 0,1041 0,1505 0,3083 0,4371
2028 0,1044 0,1501 0,3075 0,4380
Tabla C.6. Probabilidad de ocurrencia para vehículos isla San Cristóbal.
AUTOMÓVIL SUV
Año/tipo Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3
2018 0,2665 0,5460 0,1875
2019 0,2260 0,4630 0,3110
2020 0,2050 0,4199 0,3751
2021 0,1921 0,3936 0,4143
2022 0,1834 0,3758 0,4407
2023 0,1772 0,3630 0,4598
2024 0,1725 0,3533 0,4742
2025 0,1688 0,3458 0,4855
2026 0,1686 0,3455 0,4859
2027 0,1685 0,3452 0,4863
2028 0,1684 0,3450 0,4866
117
Tabla C.7. Resultados obtenidos de las simulaciones caso 2. S
iste
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0:0
0
1:0
0
2:0
0
3:0
0
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0
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0
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0
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0
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0
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0
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0
21:0
0
22:0
0
23:0
0
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23,7
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7
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2
37,7
208
9
40,0
683
5
38,7
094
1
34,8
626
5
29,7
656
2
24,8
256
3
21,6
525
8
20,3
596
9
20,5
24
21,2
830
9
22,1
951
8
23,1
814
2
23
40,0
7
2019
0,3
029
1,2
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2,2
4916
3,2
8947
4,2
5269
5,2
7681
7,1
7391
9,7
8637
13,8
438
8
20,8
716
8
28,7
384
9
37,2
103
6
45,5
064
1
49,3
932
2
48,3
443
2
42,6
274
1
34,9
804
8
27,6
765
23,0
717
6
20,9
646
7
20,7
464
7
21,3
868
9
22,2
817
23,2
965
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31
49,3
9
2020
0,4
1707
1,3
4638
2,3
0318
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4236
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3194
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8335
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1293
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2
22,5
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4
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663
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37,2
884
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29,4
876
7
24,3
203
3
21,6
238
5
21,1
351
21,5
372
4
22,3
994
4
23,4
346
7
38
57,2
1
2021
0,5
4467
1,4
4187
2,3
8388
3,3
0563
4,2
2533
5,5
5806
7,6
4576
10,7
153
5
16,3
013
9
24,8
596
6
36,4
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4
50,3
587
8
61,5
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67,0
528
2
63,9
459
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55,4
513
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33,0
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26,0
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21,5
404
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21,7
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22,5
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5
2022
0,6
074
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2841
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7
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1
56,7
000
1
68,3
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5
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611
1
70,5
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60,2
745
47,4
369
2
35,0
322
1
26,5
789
3
22,8
798
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21,7
803
5
21,8
890
2
22,6
397
7
23,6
234
4
53
74,4
6
2023
0,7
8943
1,6
7166
2,5
5342
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5093
5,6
0819
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43,0
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61,2
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1
83,0
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69,1
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2
52,9
263
8
37,9
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28,9
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23,8
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22,1
411
8
22,7
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61
83,0
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2024
0,7
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2951
3,4
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612
5,5
8891
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7372
11,7
921
6
19,3
988
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31,9
817
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3
86,8
153
1
92,6
782
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87,3
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72,4
938
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23,9
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22,7
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023
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8
2025
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0477
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2,6
7357
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8845
4,4
4836
5,7
1443
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0716
12,3
439
4
19,0
439
7
32,0
006
50,5
952
3
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744
8
87,4
195
3
93,6
207
8
90,3
867
6
76,7
982
6
58,0
635
6
41,5
793
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30,3
216
3
24,2
184
22,0
451
7
22,0
223
1
22,8
140
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23,8
216
1
70
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2
2026
0,8
4444
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1235
2,6
5316
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3322
8,4
0107
12,0
287
7
19,3
884
9
31,6
170
3
50,5
528
8
70,8
198
7
90,2
36
99,7
434
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648
1
77,0
178
7
57,8
192
9
40,8
908
5
30,3
325
9
24,1
532
2
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2
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571
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22,8
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2027
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0
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0
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043
9
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33,4
136
5
51,9
705
5
73,3
211
9
91,5
975
6
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95,1
242
3
78,5
501
1
58,0
837
6
41,4
895
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30,3
416
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24,2
306
8
22,1
528
9
22,2
528
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22,9
459
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231
1
24,3
640
3
47,5
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5
84,2
786
4
137,2
20
67
197,6
72
11
243,0
40
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264,2
27
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3
194,2
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5
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4
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133
1
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8
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207
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3
2019
2,8
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196,1
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2020
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2021
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7
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,15
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,51
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,57
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,28
2
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39
0
8
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10
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979
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1
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11,5
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2022
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548
6,1
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10,4
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20,7
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9
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,82
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,97
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,84
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,62
0
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,44
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6
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505
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2023
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7,7
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8
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9
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147,6
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2
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,38
1
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6
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580
2.4
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4
2024
9,6
758
9,4
7105
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6488
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248
5
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2.9
16,5
3
2025
7,5
7701
7,8
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3507
7,6
2027
14,0
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,25
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,42
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,06
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,60
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6
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4
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3.0
76,4
3
2026
119
Sis
tem
a
0:0
0
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0
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9,0
6115
9,4
1354
8,5
2571
9,6
3339
13,7
520
2
32,6
688
4
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5
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13
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69
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36
1555
,09
45
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2331
,56
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,26
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5
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,44
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2
2967
,01
64
8
2287
,27
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2
1524
,48
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3
837,1
17
38
401,6
03
88
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06
6
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9
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4
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257
4
32,4
054
8
693
3.1
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5
2027
7,8
158
8,1
1171
8,0
4678
9,4
2902
20,2
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7
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202,1
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4
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3
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,90
0
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2452
,49
9
37
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,88
6
56
3308
,04
4
58
3013
,35
7
94
2323
,34
0
05
1563
,67
0
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887,3
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1
434,9
00
4
2
189,1
03
2
7
77,0
823
39,1
908
8
30,5
392
4
30,9
463
6
712
3.3
08,0
4
2028
Tabla C.8. Resultados obtenidos teoría de colas 74 vehículos isla San Cristóbal.
s Po ρs Lq Ls Wq Ws I %
4 0,033162 0,7708 1,8330 4,9163 0,59449 1,5945 22,92%
5 0,042469 0,6167 0,4139 3,4972 0,13424 1,1342 38,33%
6 0,044912 0,5139 0,1166 3,1999 0,03780 1,0378 48,61%
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9 0,045792 0,3426 0,0025 3,0859 0,00082 1,0008 65,74%
10 0,045803 0,3083 0,0006 3,0840 0,00020 1,0002 69,17%
11 0,045806 0,2803 0,0001 3,0835 0,00005 1,0000 71,97%
12 0,045806 0,2569 0,0000 3,0834 0,00001 1,0000 74,31%
13 0,045806 0,2372 0,0000 3,0833 0,00000 1,0000 76,28%
