Proyecto Karting Eléctrico - Grupo 8B

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2013 Facultad Politécnica - UNE

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Informe del Proyecto de Karting Eléctrico para Lab. de Física, Año 2013, Carrera Ing. Eléctrica, FPUNE, Paraguay.

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Mvil Elctrico

Mvil Elctrico2013Facultad Politcnica - UNE

ResumenProyecto Karting ElctricoLpez, Mario; Aquino, Hctor; Gmez, Leonardo; Da Silva, Richard; Gimnez, Vctor; Brizuea, RubnFacultad Politcnica - UNE

El proyecto Mvil Elctrico est enfocado al estudio y anlisis del comportamiento y autonoma de un vehculo movido gracias a la transformacin de energa elctrica a energa mecnica, para ello se ha modificado un karting de competicin el cual originalmente funcionaba con un motor de combustin interna, con las modificaciones realizadas al mismo se logr obtener un favorable resultado, un vehculo con espacio para una persona el cual aprovecha el torque de un motor de corriente continua para su traslacin, generando un impulso y alcanzando una velocidad que ha dejado satisfecho a los integrantes del grupo de trabajo.AbstracElectric Mobile project focuses the study and analysis of the behavior and autonomy of a vehicle driven by the transformation of mechanical energy to electrical energy, for it has been modified racing karting which originally ran on internal combustion engines, with the modifications made to it is managed to obtain a favorable conclusion, a vehicle with space for a person who approaches the torque of a DC motor for translation, generating momentum and reaching a speed that has left satisfied group members work, specifications detailed below.IntroduccinUn vehculo elctrico es un vehculo de combustible alternativo impulsado por uno o ms motores elctricos. La traccin puede ser proporcionada por ruedas o hlices impulsadas por motores rotativos, o en otros casos utilizar otro tipo de motores no rotativos, como los motores lineales, los motores inerciales, o aplicaciones del magnetismo como fuente de propulsin, como es el caso de los trenes de levitacin magntica.Objetivos Estudiar el funcionamiento de un mvil movido a energa elctrica. Utilizar ecuaciones y leyes fsicas para el accionamiento de un mvil. Utilizar de manera adecuada las herramientas y los componentes del karting elctrico. Medir la corriente que pasa por el motor y la autonoma de las bateras Realizar mediciones relacionadas al funcionamiento del motor, y del mvil en s.Detalles de la ConstruccinEl ensamblaje y todo el esquema de modificacin del karting se llev a cabo en los Laboratorios de Fsica y Electricidad de la Facultad Politcnica de la Universidad Nacional del Este (UNE), todo el proceso empez con la bsqueda del chasis y el motor, los cuales fueron los obstculos ms grandes de la construccin en cuanto a conseguir se refiere, lo primero en conseguir fue el chasis (un chasis de karting convencional con todas sus partes incluyendo ejes, ruedas, direccin, asiento, pero sin motor, como se muestra en la imagen, foto real).(chasis de un karting convencional)Como paso siguiente trasladamos al laboratorio para su posterior desmontaje, todas las piezas retiradas del karting se guardaron y se clasificaron para as evitar confusin en el siguiente ensamblaje, una vez desarmado todo el mvil se llev a cabo la limpieza y lijado de todas las partes del chasis y de esta forma dejar listo para poder dar una base de pintura y evitar la oxidacin del metal.(base de pintura aplicada al chasis)Durante dicho proceso nos hemos encontrado con varios problemas, era de esperarse puesto que el chasis de karting que conseguimos estaba bastante maltratado y oxidado en muchas partes, careca de tornillos y bulones, y muchos de los que ya tena estaban en mal estado los cuales hemos sustituido.Lo siguiente en conseguir fue el corazn del karting, un motor de corriente continua de aproximadamente 2HP de potencia con escobilla, que originalmente se utilizaba como motor de arranque de maquinarias pesadas y alimentado con 12V de tensin.(motor del karting) Luego se procedi a la primera prueba del motor sobre mesa y ante la presencia de los integrantes del grupo, observamos el comportamiento del motor y entre diferentes opiniones de los alumnos integrantes e ingenieros involucrados decidimos hacer una primera prueba en el karting, para ello debimos hacer una base para fijar el motor al chasis del karting, empez todo un proceso de trabajo de metalrgica y modificaciones en el chasis, principalmente para fijar el motor y tambin una base para las bateras que seran utilizadas, fue necesario acoplar una corona al eje del motor para poder generar traccin al eje trasero a travs de una cadena, aprovechando tambin este proceso de modificacin mecnica instalamos el sistema de frenado del karting el cual consta de un freno a disco con una mordaza de dos pistones y funciona con fluido para frenos, tambin corregimos varios problemas como en la alineacin de la direccin, entre otros detalles. Una vez listo el chasis para la primera prueba se procedi a fijar el motor al chasis y a un chequeo para asegurarse de que todas las piezas estn instaladas correctamente, la primera prueba se realiz en modo libre sobre mesa y a 12V de tensin, alcanzando aprox. 1300rpm en las ruedas, analizando el comportamiento del motor en ese momento se ha decidido duplicar la tensin que alimentaria el motor, es decir sobrealimentarlo al doble de lo que originalmente fue preparado, entonces, ahora sometido a 24V de tension, el motor se ha comportado perfectamente alcanzando aprox. 3700rpm en modo libre en las ruedas, resultado que ha sorprendido a los integrantes del grupo de trabajo y a los ingenieros presentes, pero, sabiendo que era en modo libre hasta el momento el grupo an no estaba del todo conforme, la realidad se reflejaria al colocar el movil en la pista para analizar de esa forma el comportamiento del karting, entonces despues de realizar las pruebas mencionadas se a llevado el karting a la pista, donde se realizaron dos pruebas a modo directo de conexion y a 24V de tension, con un piloto de 75kg de masa, y con la utilizacin de dos bateras de plomo cido de 65A y 12V cada una, los resultados obtenidos fueron realmente satisfactorios, con un recorrido de 150mts se estima que alcanz una velocidad final aproximada de 55km/h, resultado que se ha considerado bastane ptimo para un karting elctrico, comparando con los karting convencionales con motor de combustin que alcanza una velocidad alrededor de los 65km/h, pero uno de los problemas que ha surgido al relizar las primeras pruebas fue el sobrecalentamiento del motor, un problema que ya nos estabamos esperando por que utilizamos el motor para algo que no fue preparado originalmente, aun as el grupo a quedado satisfecho y se decidi llevar adelante el proyecto bajo esas condiciones.Despus de ya haber realizado las pruebas y tener conocimiento del comportamiento del karting se procedi manipular la parte del cableado y la electrnica, la cual se ha diseado para controlar las partes y componentes electrnicos de la cual constituira el mvil, el principal uso que le daramos a estos componentes sera la de controlar la aceleracin y velocidad del karting.(manipulacin de la parte electrnica)Una vez culminada la parte electrnica se procedieron a realizar ms pruebas y con distintos pilotos, los resultados fueron bastante parejo a la primera prueba considerando las diferentes condiciones a la que se ha sometido el karting (el peso de cada piloto principalmente), luego de esto se realizaron ms pruebas, pero esta vez con una batera en gel de 100A y 12V, con el cual hemos obtenido una mayor autonoma pero con menor velocidad final, con un recorrido total de 500mts seguidos, luego de estas ltimas pruebas surgi el problema de sobrecalentamiento, y debido a las condiciones del motor y el tiempo que nos quedaba de plazo para la presentacin final del proyecto ya era insuficiente para instalar un sistema de refrigeracin, entonces culminamos el proyecto en esas condiciones y concluimos que dicho karting elctrico estaba preparado especialmente para una carrera de pique de 100mts.ProcedimientosPara la realizacin de este proyecto fue necesario llevar a cabo: La modificacin de un karting convencional de competicin, La determinacin de los aspectos que influira el futuro vehculo elctrico, La bsqueda de informaciones acerca de las ventajas y desventajas del mvil elctrico, (mano de obra de un grupo de personas quienes pusieron su aporte, tanto fsico como intelectual para lograr alcanzar los objetivos propuestos).ResultadosCon las pruebas realizadas y analizando el comportamiento del karting se han obtenido los siguientes resultados:Caractersticas Tcnicas Masa del mvil (sin bateras): 84kg Corona menor (motor): 6,5cm Corona mayor (eje trasero): 13,5cm Rueda trasera: 26,5cm Ancho de ruedas traseras: 21cm Rueda delantera: 26cm Ancho ruedas delanteras: 13cm Extensin total del mvil: 1,95m Ancho, eje trasero: 1,27m Ancho, eje delantero: 1mEn la ltima prueba practicada se obtuvieron los siguientes resultados:Caractersticas de los materiales y montaje: Tipo de bateras: plomo-cido CC o DC Cantidad de bateras: 2 un. Masa de cada batera: 13kg Capacidad de corriente cada batera: 65A Tensin de cada batera: 12V Modo de conexin: Serie Tensin y Corriente obtenida: 24V y 65A Masa del piloto que practico la prueba: 73kg Masa total: 183kg Espacio de prueba: 100mtsCon estas caractersticas se obtuvieron los siguientes resultados: Tiempo que llevo en recorrer 100mts: 10,96seg. Aceleracin:a (aceleracin): ?S (distancia): 100mtsS0 (distancia inicial): 0V0 (velocidad inicial): 0t (tiempo): 10,96seg Formula: S=S0 + V0 .t + a t2100 = 0 + 0.(10,96) + a (10,96)2Aceleracin=1,66m/s2 Velocidad final (medida por GPS): 46km/h o 12,78m/s Consumo de corriente del motor (medido con Ampermetro): 840A

Nota: la aceleracin, la velocidad final y la autonoma del mvil puede variar dependiendo de la calidad de la batera que se utilice. Las bateras en gel tienen una mayor duracin de carga comparando con las de plomo-cido, y entregan tambin mucho ms corriente, con lo que el campo magntico que es generado en el motor es mucho ms intenso por ende se logra ms aceleracin y velocidad, pero al mismo se pierde en peso, porque son ms pesados que las de plomo-cido.Contactores:En el proyecto se utilizaron dos contactores que funcionan dejando pasar la corriente al motor, y se han rebobinados de tal forma que cada uno se pueda accionar con 12V.El rebobinado de cada contactor consta de 5 capas de hilos de cobre barnizados variando entre 0,6 y 0,76mm de dimetro, completando en cada capa una media de 12ohm.

Anlisis de resultados

Grfico de la corriente en funcin al tiempo

Los datos que se muestra en el grafico corresponde a la corriente que era suministrada al mvil en una carrera de 100 metros que lo recorri en 10.96 segundos, como se aprecia en la grfica el pico de consumo de corriente es al iniciar el movimiento como era de esperar y eso se mantuvo por un periodo de tiempo hasta que rompa la inercia, despus se aprecia una reduccin con forme pasa el tiempo la corriente desciende a medida que el mvil alcanza su velocidad mxima.

Grfico de la velocidad en funcin al tiempo

Se puede apreciar que el mvil tiene una mayor aceleracin al iniciar el movimiento y alcanza la mxima velocidad casi al final del recorrido que es de 13,21 m/s o 47,56 km/h, esta velocidad puede variar dependiendo de la batera, ya que si las bateras estn bien cargadas o si se utilizan otros tipos de bateras como el de gel, puede alcanzar una mayor velocidad y aceleracin, dependiendo de la corriente que entregan las bateras, los clculos se hicieron a partir de filmaciones hechas en la prueba en la que se colocaban conos cada 10 metros para calcular la velocidad, tambin la calle o el lugar tiene una pequea inclinacin a la cual favorece un poco a que el mvil alcance dicha velocidad.

ConclusinAl concluir este trabajo, destacamos la colaboracin y participacin de los miembros del grupo y tambin de los profesores involucrados en el mismo.El fenmeno karting elctrico super nuestras expectativas bajo todo punto de vista, logrando alcanzar una expectativa de casi todo el cuerpo universitario. Hemos trabajado en forma colectiva y solidaria, en lo que obtuvimos resultados favorables.Con el proyecto, pudimos adquirir conocimientos bastantes amplios de la electricidad, de motores elctricos, pusimos en prctica conocimientos adquiridos en las clases tales como: fuerza, torque, tensin, corriente, conexiones paralelas y series, y conocimientos bsicos de electrnica.Desarrollamos procesos de investigacin para saber cules ecuaciones matemticas y fsicas se adecuaban a nuestro desarrollo del proyecto. El trabajo super nuestras expectativas y se logr llegar y captar la atencin de muchas personas, siendo as que prensas locales acudieron a comprobar el trabajo realizado.Con este emprendimiento logramos adquirir varios conocimientos y adems, fortificamos el trabajo en equipo y desarrollamos una buena relacin profesor-estudiante.

Bibliografa www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/ondas/doppler/doppler www.ojocientifico.com/3669/que-es-el-efecto-doppler www.educaplus.org/play-182-Efecto-Doppler Fsica Universitaria Sears Zemansky Edicin 11 Volumen 1 ApndiceA: Ampere o AmperioV: voltajeCC o DC: corriente continuakg: kilogramoseg: segundo(s)mm: milmetrocm: centmetrom: metrokm: kilmetrom/s: metro sobre segundokm/h: kilometro sobre hora: dimetro

Anexos El motor ha entrado en una etapa de limpieza y lubricacin para que posteriormente se pueda llevar a cabo las pruebas de rendimiento montado al chasis.

Se est llevando a cabo el ensamblaje del chasis posterior a la base de pintura aplicada para evitar la oxidacin de las partes metlicas.

Siguiente etapa de pintura: se ha aplicado al chasis una siguiente capa de pintura definitiva y barnizado para proteger la pintura.

Rebobinado de los contactores: en la imagen se observa la parte del bobinado de uno de los contactores utilizados en el proyecto.

Montaje: en la imagen se observa el chasis en etapa de montaje posterior a la segunda capa de pintura aplicada, e instalacin de las partes elctricas.

Proyecto culminado: la imagen corresponde al karting en etapa conclusiva (vista frontal)

Desarrolladores del proyecto (de izq. a der.): Ing. Chanel Villalba, Hctor Aquino, Ing. Guillermo Villalba, Vctor Gimnez, Richard da Silva, Leonardo Gmez, Mario Lpez, Ruben Brizuea.Proyecto culminado: la imagen corresponde al karting en etapa conclusiva (vista posterior)

3er Semestre - Ingeniera Elctrica