CARACTERIZACIÓN DEL CONSUMO ELÉCTRICO DE UN VEHÍCULO
CON MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA EN LAS CONDICIONES DE
BOGOTÁ D.C.
SANTIAGO AZUERO VARGAS
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
BOGOTÁ D.C.
2018
CARACTERIZACIÓN DEL CONSUMO ELÉCTRICO DE UN VEHICULO
CON MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA EN LAS CONDICIONES DE
BOGOTÁ D.C.
SANTIAGO AZUERO VARGAS
Trabajo presentado como requisito parcial para obtener el título de Ingeniero
Mecánico.
ASESOR
LUIS ERNESTO MUÑOZ CAMARGO Ph.D
Ingeniero Mecánico
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
BOGOTÁ D.C.
2018
AGRADECIMIENTOS
Quiero agradecer a la Universidad de los Andes por haber creído en este proyecto y por
permitir su aprobación y su culminación satisfactoria. También quiero agradecer a mi asesor
el ingeniero Luis Ernesto Muñoz, por haber sido mi guía y mi apoyo durante todo el
desarrollo del proyecto. Al técnico Omar Amaya por sus conocimientos y colaboración
durante todo el proyecto con el apoyo técnico en el vehículo y al técnico Luis Carlos Ardila
por sus conocimientos en la parte eléctrica requerida para el desarrollo del proyecto. También
quiero agradecer a Matheo López y al Autódromo de Tocancipá por su apoyo con los
derechos de pista para ejecutar las pruebas dinámicas planeadas. Por último, quiero
agradecer a Yaquelin Barrero y a su madre Eduviges Malagón por su paciencia y por
apoyarme con su vehículo Mazda CX 5 para desarrollar y practicar pruebas indispensables
para este proyecto.
DEDICATORIA
Quiero dedicarle este trabajo a Dios, por darme la fuerza, la voluntad y la determinación para
seguir adelante cada día durante este proyecto a pesar de las dificultades que se me
presentaron durante su desarrollo. Gracias a él, tuve la sabiduría y la paciencia requerida para
poder completar este trabajo de manera exitosa, pude llegar a este punto en donde estoy
culminando una etapa importante en mi vida, la cual empecé desde hace mucho y que con
gran esfuerzo y dedicación he logrado superar durante mi carrera profesional.
Quiero dedicarlo también a mi padre Ramiro Augusto Azuero Diazgranados y a mi madre
Jaqueline Vargas Riveros, los cuales me dieron su apoyo incondicional todo el tiempo, a
pesar de las dificultades y el sacrificio económico que conllevó estudiar el pregrado
académico, y también por permitirme cumplir uno de los objetivos que proyecté en mi vida.
Tabla de contenido
RESUMEN ......................................................................................................................................... 9
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 12
1. OBJETIVOS ................................................................................................................................ 14
1.1 Objetivo General ..................................................................................................................... 14
1.2 Objetivos Específicos .............................................................................................................. 14
2. METODOLOGIA ....................................................................................................................... 15
2.1 Diseño del experimento ........................................................................................................... 16
2.2 Instrumentación ....................................................................................................................... 18
2.3 Procesamiento de datos. .......................................................................................................... 25
2.4 Prueba Estática ........................................................................................................................ 27
2.5 Prueba Dinámica ..................................................................................................................... 33
3. RESULTADOS ............................................................................................................................ 38
3.1 Resultados Prueba Estática ...................................................................................................... 40
3.1.1 Potencia eléctrica asociada al arranque del motor. ........................................................... 40
3.1.2 Potencia eléctrica asociada sin motor ............................................................................... 41
3.1.3 Potencia eléctrica asociada solo con alternador. .............................................................. 43
3.1.4 Potencia eléctrica asociada con el conjunto batería-alternador ........................................ 44
3.1.5 Potencia eléctrica asociada de todas las pruebas con todos los dispositivos eléctricos
independientes ........................................................................................................................... 44
3.2 Resultados Prueba Dinámica ................................................................................................... 46
3.2.1 Comportamiento de la potencia eléctrica en función del ciclo de conducción ................ 46
3.2.2 Comportamiento de la potencia eléctrica después de apagar los dispositivos eléctricos. 47
3.2.3 Comportamiento del alternador en función de las revoluciones del motor ...................... 48
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................................................................. 49
4.1 Prueba Estática con motor apagado (solo batería) .................................................................. 49
4.2 Prueba Estática con el conjunto batería-alternador y solo con alternador ............................... 50
4.3 Prueba Dinámica con la norma SAE J1082 ............................................................................ 51
5. CONCLUSIÓN ............................................................................................................................ 53
6. RECOMENDACIONES ............................................................................................................. 54
7. REFERENCIAS .......................................................................................................................... 55
ANEXOS .......................................................................................................................................... 56
A.1 Comportamiento del alternador .............................................................................................. 56
A.2 Descripción de los Dispositivos Electicos del Chevrolet Spark. ............................................ 57
A.3 Sistemas y Especificaciones Adicionales del Chevrolet Spark .............................................. 77
A.4 Resultados Individuales de la Prueba Estática ....................................................................... 79
Lista de Figuras
Figura 1 Escáner DashDyno SPD con almacenamiento de datos. (Auterra, 2010)........................... 24
Figura 2 Conector OBD II (Auterra, 2010) ....................................................................................... 24
Figura 3 Pinza amperimetrica Fluke 376 FC con almacenamiento de datos (Fluke, 2015) .............. 25
Figura 4 Especificaciones técnicas del sistema eléctrico del Chevrolet Spark (General Motors)..... 26
Figura 5 Montaje de prueba estática Chevrolet Spark ...................................................................... 27
Figura 6 Diagrama eléctrico del Spark con el motor apagado (solo batería) .................................... 29
Figura 7 Diagrama eléctrico del Spark en el arranque ...................................................................... 29
Figura 8 Diagrama eléctrico del Spark en ralentí con la batería y el alternador ............................... 30
Figura 9 Diagrama eléctrico del Spark en ralentí solo con el alternador .......................................... 30
Figura 10 Extensión del cable del alternador. Las flechas indican la dirección del flujo de corriente
........................................................................................................................................................... 31
Figura 11 Configuración del escáner con el computador mediante el cable de datos USB .............. 32
Figura 12 Escáner con base para colocar en el parabrisas (Auterra, 2010) ....................................... 32
Figura 13 Conexión del escáner al vehículo (Auterra, 2010) ............................................................ 32
Figura 14 Pantalla en la cual se escoge datos en tiempo real (Auterra, 2010) .................................. 33
Figura 15 Configuración "Meter 4 Screen" (Auterra, 2010) ............................................................. 33
Figura 16 Prueba dinámica en el Autódromo de Tocancipá ............................................................. 33
Figura 17 Ciclo de conducción urbano de la norma SAE J1082 (SAE International, 2008) ............ 34
Figura 18 Nuevo ciclo de conducción europeo (Bosch, 2017) ......................................................... 34
Figura 19 Datos obtenidos del voltaje y la corriente en ralentí ......................................................... 38
Figura 20 Variación en los datos obtenidos por la activación de un dispositivo eléctrico. Los
parámetros en las columnas siguen correspondiendo a tiempo, voltaje y corriente respectivamente.
........................................................................................................................................................... 39
Figura 21 Arranque del motor medido desde la salida del alternador ............................................... 40
Figura 22 Arranque medido desde el borne positivo de la batería .................................................... 41
Figura 23 Grafica representativa de la potencia asociada de todos los dispositivos eléctricos
alimentados solo con batería. ............................................................................................................ 42
Figura 24 Potencia asociada a los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo con el
alternador........................................................................................................................................... 43
Figura 25 Potencia asociada de todos los dispositivos eléctricos alimentados con el conjunto
batería-alternador .............................................................................................................................. 44
Figura 26 Potencia eléctrica que genera el alternador en función del ciclo de conducción .............. 46
Figura 27 Potencia eléctrica generada por el alternador después de apagar todos los dispositivos
eléctricos independientes y realizar nuevamente un ciclo de conducción. ....................................... 47
Figura 28 Comportamiento de la potencia eléctrica en función de las revoluciones del motor. ....... 48
Figura 29 Potencia asociada de todos los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo
por la batería. ..................................................................................................................................... 49
Figura 30 Consumo del sistema de ventilación interno del vehículo. ............................................... 49
Figura 31 Voltaje y corriente de las lámparas frontales encendidas ................................................. 50
Figura 32 Comportamiento del alternador ante la exigencia eléctrica máxima del Spark ................ 51
Figura 33 Comportamiento de la corriente entregada por el alternador y las revoluciones del motor
durante uno de los micros ciclos de conducción entre 0 a 32 km/h .................................................. 51
Figura 34 Curva característica de un alternador asumiendo condición estática del vehículo. (Ariza
Elena, 2010) ...................................................................................................................................... 56
Figura 35 Esquema Chevrolet Spark lámparas frontales .................................................................. 62
Figura 36 Luces Estacionarias........................................................................................................... 63
Figura 37 Lámpara Interior de la Cabina .......................................................................................... 64
Figura 38 Ubicación Lámpara Reversa ............................................................................................. 65
Figura 39 Palanca caja automática .................................................................................................... 65
Figura 40 Ubicación de las lámparas del freno ................................................................................. 66
Figura 41 Tablero de testigos del vehículo. ...................................................................................... 66
Figura 42 Ventilación interna del vehículo (General Motors) .......................................................... 67
Figura 43 Tablero del sistema de control de la ventilación interna del vehículo. ............................. 67
Figura 44 Diagrama de flujo de aire para la ventilación interna del vehículo. (General Motors) ..... 68
Figura 45 Diagrama del flujo del refrigerante para el aire acondicionado (General Motors) ........... 69
Figura 46 Ubicación de los limpiaparabrisas (General Motors) ....................................................... 70
Figura 48 Ubicación del interruptor de la bocina .............................................................................. 72
Figura 49 Radio original que viene con el Chevrolet Spark ............................................................. 72
Figura 50 Ventanas eléctricas delanteras .......................................................................................... 73
Figura 51 Ubicación del desempañador del parabrisas trasero ......................................................... 74
Figura 52 Sistema de Combustible del Chevrolet Spark (General Motors) ...................................... 77
Figura 53 Sistema de Enfriamiento Chevrolet Spark (General Motors) ........................................... 77
Figura 54 Sistema de encendido del Chevrolet Spark (General Motors) .......................................... 78
Figura 55 Especificaciones generales del Chevrolet Spark (General Motors) .................................. 78
Figura 56 Curva característica de Torque-Potencia Mecánica del Chevrolet Spark (General Motors)
........................................................................................................................................................... 79
Figura 57 Iluminación interna y externa del vehículo alimentada solo con batería .......................... 82
Figura 58 Consumo eléctrico del motor eléctrico del sistema de ventilación alimentado solo por la
batería ................................................................................................................................................ 82
Figura 59 Sistema de limpieza del parabrisas ................................................................................... 83
Figura 60 Ventanas eléctricas alimentadas solo por la batería .......................................................... 83
Figura 61 Todos los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo con la batería ........... 84
Figura 62 Iluminación interna y externa del vehículo alimentada solo con el alternador ................. 85
Figura 63 Ventilación interna del vehículo alimentada solo con el alternador ................................. 86
Figura 64 Sistema de limpieza del parabrisas ................................................................................... 86
Figura 65 Ventanas eléctricas alimentadas solo con el alternador .................................................... 87
Figura 66 Dispositivos eléctricos independientes restantes .............................................................. 87
Figura 67 Todos los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo con el alternador ...... 88
Figura 68 Iluminación interna y externa del vehículo (conjunto batería-alternador) ........................ 89
Figura 69 Sistema de ventilación (conjunto batería-alternador) ....................................................... 90
Figura 70 Potencia asociada del sistema de limpieza del parabrisas con el conjunto batería-
alternador........................................................................................................................................... 90
Figura 71 Potencia asociada ventanas eléctricas ............................................................................... 91
Figura 72 Dispositivos eléctricos restantes (conjunto batería-alternador) ........................................ 91
Figura 73 Potencia asociada de los dispositivos alimentados con el conjunto batería-alternador .... 92
Figura 74 Comportamiento del voltaje en función del ciclo de conducción ..................................... 92
Lista de Tablas
Tabla 1 Matriz de decisiones metodología de medición ................................................................... 22
Tabla 2 Instrumentos de medición .................................................................................................... 23
Tabla 3 Dispositivos eléctricos del vehículo ..................................................................................... 36
Tabla 4 Promedio de los promedios de la potencia asociada en cada prueba ................................... 45
Tabla 5 Datos de las condiciones del día en las que se realizó la prueba dinámica (medidos con un
termo anemómetro) ........................................................................................................................... 46
Tabla 6 Resumen de los dispositivos eléctricos independientes ....................................................... 77
Tabla 7 Potencia asociada a los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo con batería.
........................................................................................................................................................... 79
Tabla 8 Potencia asociada a todos los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo con
alternador. .......................................................................................................................................... 80
Tabla 9 Potencia asociada de todos los dispositivos eléctricos independientes alimentados con el
conjunto batería-alternador. .............................................................................................................. 81
Tabla 10 Datos de la Iluminación interna y externa del vehículo (solo batería) ............................... 81
Tabla 11 Datos de la ventilación interna del vehículo (solo batería) ................................................ 82
Tabla 12 Datos del sistema de limpieza del parabrisas (solo batería) ............................................... 83
Tabla 13 Datos de las ventanas eléctricas (solo batería) ................................................................... 83
Tabla 14 Dispositivos eléctricos restantes (solo batería) .................................................................. 83
Tabla 15 Datos de la Iluminación interna y externa del vehículo (solo alternador) .......................... 84
Tabla 16 Datos de la Iluminación interna y externa del vehículo (solo alternador) .......................... 85
Tabla 17 Datos del sistema de limpieza del parabrisas (solo alternador) .......................................... 86
Tabla 18 Datos de las ventanas eléctricas (solo alternador) .............................................................. 87
Tabla 19 Dispositivos eléctricos restantes (solo alternador) ............................................................. 87
Tabla 20 Datos de la Iluminación interna y externa del vehículo (conjunto batería-alternador) ...... 88
Tabla 21 Datos de la Iluminación interna y externa del vehículo (conjunto batería-alternador) ...... 89
Tabla 22 Datos del sistema de limpieza del parabrisas (conjunto batería-alternador) ...................... 90
Tabla 23 Datos de las ventanas eléctricas (conjunto batería-alternador) .......................................... 91
Tabla 24 Dispositivos eléctricos restantes (conjunto batería-alternador) .......................................... 91
RESUMEN
El presente trabajo es el resultado de la caracterización del consumo eléctrico de los
dispositivos eléctricos de un Chevrolet Spark con transmisión de potencia automática, el cual
es propiedad del departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de los Andes. Este
vehículo de combustión interna es utilizado como vehículo de pruebas para diferentes
proyectos relacionados con la dinámica vehicular, y en este caso fue utilizado para
caracterizar sus dispositivos eléctricos mediante la identificación de cada uno de ellos y la
medición de su consumo eléctrico individual y en conjunto por medio de la potencia eléctrica.
Para este proyecto fue necesario entender el sistema de conversión de energía mecánica a
eléctrica en el motor y su funcionamiento dentro del vehículo e identificar los dispositivos
eléctricos dependientes e independientes del ciclo de conducción, ya que algunos son
importantes para que el vehículo funcione correctamente, otros no. Una vez identificados
estos dispositivos, por medio de instrumentos de medición de voltaje y corriente se realizaron
dos etapas de estudio en las cuales se tomaron datos del consumo eléctrico de los dispositivos
cuando el vehículo se encuentra completamente quieto y funcionando en ralentí y cuando el
vehículo se encuentra el movimiento. La etapa del vehículo en movimiento se realizó en el
autódromo de Tocancipá. Los resultados de esas dos etapas de pruebas, así como el análisis
del sistema eléctrico de un vehículo convencional serán mostrados en este trabajo.
Palabras clave: Vehículo, Dispositivos Eléctricos, Consumo, Potencia Eléctrica y
Alternador.
12
INTRODUCCIÓN
Antiguamente, los vehículos con motor de combustión interna se limitaban a tener
dispositivos eléctricos básicos como lámparas externas y sistema de limpiaparabrisas para
cubrir necesidades básicas que un conductor podría tener cuando se trata de la visibilidad, un
factor clave para poder conducir un vehículo. Como eran pocos dispositivos eléctricos, la
magnitud del consumo de energía eléctrica que manejaba un vehículo era bastante reducida
y eso no conllevaba a tener un problema energético en dichos vehículos. Sin embargo, con
el paso del tiempo los vehículos cada vez son más sofisticados en términos eléctricos, por lo
que este consumo de energía eléctrica cada vez es mayor. Esta implementación de
dispositivos electrónicos se ha desarrollado debido a que la comodidad del usuario se
convirtió en un requerimiento importante para las compañías de automóviles, por lo que
ofrecer una mejor experiencia para el conductor como para los pasajeros se volvió una tarea
importante para los fabricantes de vehículos, ya que de cierta manera estos dispositivos y
accesorios eléctricos adicionales del vehículo se vuelven un atractivo importante a la hora de
escoger un vehículo entre toda la demanda disponible.
Como la cantidad de dispositivos y accesorios va en aumento, la magnitud del consumo
eléctrico es mucho mayor, por lo que se debe considerar también que el sistema de generación
y almacenamiento de energía eléctrica del vehículo debe estar en la capacidad de cubrir toda
la demanda eléctrica de los dispositivos eléctricos en el caso de que la mayoría de estos se
necesiten en operación por un tiempo bastante prolongado. Esta magnitud de consumo
eléctrico en la mayoría de los casos es desconocida, por lo que sería importante conocer el
consumo eléctrico en detalle de los vehículos, ya que existe la posibilidad de que un vehículo
no sea capaz de entregar toda la cantidad de energía eléctrica necesaria para que el vehículo
funciona a su máxima capacidad energética y eso puede ser un problema grave.
En el caso de que un vehículo no sea capaz de entregar toda la potencia eléctrica requerida,
se está planeando trabajar en un proyecto en el cual se busca aprovechar energía que se
desperdicia durante el funcionamiento del vehículo y transformarla en energía eléctrica para
suplir la demanda energética de los dispositivos eléctricos. De esta manera, por medio de
unas celdas térmicas se desea tomar el calor que disipa el exosto del vehículo y de alguna
13
manera transformarlo en energía eléctrica para devolverlo a los dispositivos eléctricos. Con
lo anterior, se espera que el alternador solo se encargue de entregarle energía a la batería para
mantenerla recargada. Esto podría ser un proyecto viable ya que el escape puede alcanzar
temperaturas considerablemente altas debido a que es el canal por donde el humo sale del
motor producto de la combustión interna entre el combustible y el aire. A partir de lo anterior,
se espera dar una respuesta a la siguiente pregunta: ¿Cuánta energía eléctrica debe entregar
las celdas al sistema eléctrico del vehículo a partir del calor generado por el escape? Para
lograr este objetivo, se debe caracterizar el sistema eléctrico mediante la identificación y
comprensión del funcionamiento de cada uno de los dispositivos eléctricos para así
determinar cuáles son los dispositivos eléctricos más relevantes, cual es el comportamiento
eléctrico de dichos dispositivos ante diferentes modalidades de funcionamiento, como se
comporta la generación de energía eléctrica cuando el vehículo se encuentra en movimiento,
entre otras cosas que serán de gran importancia para caracterizar el sistema eléctrico y
determinar el consumo de energía eléctrica. Con esto, será posible que, si el proyecto
planeado se desarrolla, se podrá obtener un mecanismo de conversión de energía que ayude
a cubrir la demanda eléctrica de un vehículo y ahorrar energía eléctrica.
14
1. OBJETIVOS
1.1 Objetivo General
Caracterizar el sistema eléctrico del Chevrolet Spark a partir del consumo eléctrico de los
dispositivos eléctricos presentes en el vehículo.
1.2 Objetivos Específicos
1. Identificar los dispositivos eléctricos primordiales para el funcionamiento del
vehículo y los dispositivos independientes del ciclo de conducción del Chevrolet
Spark.
2. Diseñar el experimento para recopilar los datos necesarios acerca del consumo
eléctrico del vehículo en cuestión.
3. Evaluar diferentes métodos e instrumentos de medición para tomar datos del consumo
eléctrico del vehículo.
4. Realizar pruebas diseñadas del consumo eléctrico bajo condiciones estáticas y
dinámica
5. Caracterizar el consumo eléctrico bajo las condiciones propuestas.
Estos objetivos específicos serán importantes para el desarrollo de este proyecto, ya que es
importante conocer en detalle los elementos eléctricos del vehículo, entender su
funcionamiento tanto de forma individual como en conjunto con otros dispositivos, diseñar
un método adecuado para tomar datos de consumo y caracterizar los resultados obtenidos.
15
2. METODOLOGIA
La metodología de medición consiste en tomar datos de voltaje y corriente del vehículo
cuando esté en funcionamiento. Con los datos de voltaje y corriente, se puede obtener
directamente la potencia eléctrica asociada a la medición de voltaje y corriente que se está
tomando en ese momento. Como el vehículo tiene un comportamiento diferente cuando está
en condición estática a cuando está en movimiento, es importante realizar mediciones de
potencia eléctrica en esos dos estados, por lo que las mediciones se realizan en dos
condiciones: condición estática y condición dinámica.
En condición estática se tomarán datos de voltaje y corriente para poder obtener el consumo
eléctrico que solicitan los dispositivos eléctricos independientes del ciclo de conducción tales
como el radio, las lámparas frontales, el limpiaparabrisas entre otros. La idea de esta prueba
es encender uno por uno cada dispositivo eléctrico y medir el cambio en el voltaje y la
corriente que ocurren por encender dicho dispositivo. Con este cambio y teniendo como
referencia principal la potencia eléctrica que consume el vehículo solo cuando esta
encendido, la diferencia entre la potencia eléctrica medida con el dispositivo eléctrico
encendido y la potencia eléctrica base dará como resultado la potencia eléctrica asociada a
ese dispositivo eléctrico.
Como cada dispositivo eléctrico tiene un funcionamiento particular como el tipo de
funcionamiento (constante o variable), niveles de intensidad o funcionamiento en conjunto
con componentes del motor, será importante tener en cuenta todos los posibles escenarios en
los que todos los dispositivos eléctricos pueden funcionar para poder caracterizar su
funcionamiento y con ello su consumo eléctrico.
Por otra parte, también se debe caracterizar el consumo de energía que solicita todo el
vehículo cuando está en movimiento, por lo que también se debe medir el voltaje y la
corriente del vehículo en movimiento. La conducción del vehículo es la parte más importante
de esta prueba, ya que, si se observa desde la parte energética, el vehículo probablemente se
va a comportar de manera diferente si es conducido en carrera a que sea conducido por la
ciudad. Asumiendo que el vehículo la mayor parte de su vida útil va a ser conducido en la
ciudad, se debe buscar una manera de poder obtener un ciclo de conducción característico
que determine la manera en la que los conductores suelen conducir por la ciudad. Para esto,
16
se decide usar un ciclo de conducción, el cual a través de un perfil de velocidad determina el
promedio de velocidades que los conductores suelen manejar dentro de la ciudad. Con esto
se logra determinar la potencia eléctrica máxima que puede consumir el vehículo en términos
de la velocidad del vehículo y del desempeño del motor teniendo en cuenta que este
comportamiento eléctrico seria en teoría el que se desarrolla cuando se conduce en la ciudad.
2.1 Diseño del experimento
Para poder realizar las dos pruebas propuestas, se debe diseñar el experimento para poder
obtener el voltaje y la corriente del vehículo de forma correcta reduciendo en lo posible
errores asociados a la medición. Lo primero será tener en cuenta las condiciones de la prueba
para que dichas pruebas puedan ser replicables en un futuro. Para la condición estática se
deben tener en cuenta las siguientes condiciones y consideraciones para que la prueba sea
válida y exitosa:
El vehículo debe estar estacionado en un sitio con buena ventilación o en un lugar
abierto, ya que el humo de la combustión del motor es nocivo para la salud en altas
cantidades, por lo que realizar la prueba en un sitio cerrado puede ser peligroso, ya
que la prueba puede durar horas y el humo se puede concentrar en el recinto.
Como la prueba puede durar mucho tiempo, es recomendado tener el nivel de la
gasolina en el tanque al menos por encima de la mitad de su capacidad, para que el
motor no presente problemas mientras está funcionando en ralentí. Otros fluidos
como el nivel de aceite en el motor, nivel de refrigerante, nivel de agua para los
limpiaparabrisas entre otros deben estar también en los niveles óptimos
recomendados por el fabricante para no afectar la prueba inesperadamente.
La prueba está planeada para ser realizada en las condiciones de operación de Bogotá,
por lo que idealmente la prueba puede ser realizada a la temperatura ambiente
promedio de Bogotá (15°C) y a una altura de 2 600 m.s.n.m. para que sea válida. Esto
con el fin de que la densidad del aire no cambie mucho, ya que puede afectar el
desempeño del motor.
Adicionalmente, el sistema de refrigeración del motor se activa automáticamente
cuando la temperatura del motor es muy alta y esto podría afectar las pruebas, por lo
que un sistema de ventilación externo es necesario para mantener el motor ventilado
17
y que la temperatura del motor no incremente. Si algún otro sistema del vehículo es
activado o desactivado de manera autónoma sin la intervención humana y este
depende de la electricidad para funcionar, se deben tomar las medidas necesarias para
evitar esa situación.
Todo lo mencionado anteriormente se realiza con el fin de poder replicar la prueba para
obtener resultados similares y consistentes entre sí. Replicar la prueba será necesario para
reducir el error asociado a eventos de carácter aleatorio y solo tener que lidiar con el error
sistemático asociado a los instrumentos de medición. Lo recomendado es que se repita la
prueba al menos 5 veces exactamente como se realiza la primera vez.
Con respecto a la prueba dinámica, esta prueba tiene más elaboración, ya que además del
voltaje y la corriente, se deben tener más variables en consideración como las revoluciones
del motor, la velocidad del vehículo, la distancia recorrida entre otras cosas como el lugar de
la prueba. Para realizar la prueba, se deben tener las siguientes condiciones:
El sitio de la prueba en lo posible debe ser cerrado (sin vehículos transitando) o de
ser posible con muy poco tráfico, ya que existe la posibilidad de que se cometan
infracciones de tránsito y/o un accidente no deseado durante la prueba.
Se deben tomar todas las medidas de seguridad para realizar la prueba. Estas medidas
incluyen protección para el piloto, botiquín y extintor para primeros auxilios en el
interior del vehículo, llanta de repuesto preparada y personal de apoyo logístico de
confianza para acudir a cualquier eventualidad inesperada.
Se deben seguir las condiciones de la prueba establecidas en el ciclo de conducción
si se llega a utilizar un ciclo de conducción estandarizado. Estas condiciones pueden
ser de carácter mecánico, ambiental, etc.
Se debe preparar el vehículo con anticipación. Nuevamente se deben revisar los
líquidos del vehículo, la presión en las llantas, los frenos etc. Si se usa alguna norma
estandarizada, se debe seguir al pie de la letra para que la prueba tenga validez
experimental.
Al igual que la prueba estática, es recomendado repetir la prueba el mayor número de
veces posible siempre en el mismo orden para reducir errores de carácter aleatorio.
18
El piloto debe ser único y la prueba debe haber sido practicada con anticipación. Esto
con el fin de poder replicar la prueba y que la experimentación no varié por un cambio
que puede no ser necesario.
2.2 Instrumentación
Para poder realizar la caracterización del consumo eléctrico, es necesario investigar métodos
y técnicas de experimentación válidas y viables para el completo desarrollo del proyecto.
Como en este proyecto es de particular interés obtener información cuantitativa de voltaje y
corriente, se deben evaluar todas las metodologías para obtener estos datos reduciendo los
errores asociados a la medición y simplificando futuros problemas que esta experimentación
podría presentar.
Métodos de medición de potencia
Hay muchas maneras posibles de determinar la potencia eléctrica de un dispositivo eléctrico
a partir del voltaje y la corriente que demandan. La diferencia radica en los instrumentos y el
tipo de medición que se desea realizar. Un método puede ser más seguro, preciso y exacto
que otro, por lo que es necesario exponer todos los métodos de medición de potencia
eléctrica, identificar las variables de medición de interés y una forma de poder estudiar
cuantitativamente la información obtenida para su respectivo análisis. Por otra parte, en este
proyecto se propone un estudio estático y dinámico del vehículo para poder analizar el
consumo eléctrico bajo diferentes condiciones de funcionamiento del vehículo. A
continuación, se presentan varias posibilidades investigadas para realizar la experimentación.
Medición directa de voltaje y corriente (con almacenamiento de datos)
Es posible tomar datos de voltaje y corriente, ya sea a través del propio instrumento o
tomando la señal de la medición del instrumento y transferirla a otro dispositivo para procesar
dicha información. Normalmente la magnitud de señales de voltaje en un vehículo no suele
ser tan alta (12V-14V) y es posible tomar las señales de voltaje mediante un divisor de voltaje
para reducir la señal de voltaje de salida. El problema principal es la magnitud de la corriente
que maneja el alternador, ya que la magnitud puede estar en un rango de 10 hasta 70 A. Esta
magnitud de corriente es bastante alta y podría ser peligroso tomar el dato de corriente por el
método convencional, por lo que se pueden usar métodos alternos como una resistencia
19
bastante grande para reducir la corriente en una señal de voltaje bastante pequeña para luego
ser procesada. Ya que se requiere procesar una gran cantidad de datos, almacenar los datos
es un método muy conveniente para caracterizar el consumo eléctrico del vehículo.
Medición directa de voltaje y corriente (sin almacenamiento de datos)
Este método es similar al de la sección anterior. La diferencia radica en que estos datos se
tomarían de forma manual mediante lecturas periódicas del instrumento por parte del usuario.
Esto es practico si solo se desea conocer unos cuantos datos en particular y el instrumento se
encuentra al alcance visual del usuario para realizar el seguimiento requerido. De lo contrario
este método seria completamente ineficiente, además de tener un error humano
considerablemente alto si los valores leídos son variables en el tiempo.
Resistencia Shunt
La resistencia Shunt es un dispositivo eléctrico el cual permite reducir grandes intensidades
de corriente para poder realizar una medición de la corriente que circula por la resistencia.
Esta medición se realiza teniendo en cuenta la ley de Ohm, por lo que la variable de medición
es el voltaje resultante de la resistencia aplicada al flujo de corriente. Con el voltaje medido
y conociendo el valor de la resistencia Shunt, es posible obtener la corriente que circula por
la resistencia. Otra manera de medir la corriente es que después de colocar la resistencia, se
mide la corriente de salida de la resistencia con otro instrumento de medición. De cualquiera
de las dos maneras, se debe colocar la resistencia en serie dentro del circuito. (M. Gilmore,
2006)
Datos de voltaje por Arduino.
El Arduino es una plataforma de hardware bastante útil para facilitar el desarrollo de
proyectos multidisciplinarios basados en la electrónica. Esto es útil cuando se desea obtener
autonomía de un proceso que comúnmente se tendría que realizar a mano como subir o bajar
una persiana dependiendo de la luminosidad del día. Arduino podría realizar esa acción si
como entrada tuviera un sensor que detectara la luminosidad, enviara esa señal al Arduino y
por medio de un código interno programado por el usuario, le dé una orden a un motor
eléctrico para subir o bajar dicha persiana (Torrente Artero, 2013). En este caso, se puede
recolectar la señal de voltaje directamente de la batería y del alternador para que con un
20
código interno se procesen los datos y se envíen a otro programa como LabView para
terminar de procesarlos y analizarlos.
La desventaja del Arduino es que tiene un rango de adquisición de señal hasta 5 V, por lo
que el uso de divisores de voltaje es necesario para poder obtener las señales deseadas.
Pinza Amperimetrica
La pinza amperimetrica es un instrumento de medición que sirve para medir voltaje,
corriente, resistencia y continuidad únicamente. Es parecida a un multímetro en cuando a
voltaje y resistencia, sin embargo, la especialidad de la pinza es que puede medir
directamente grandes intensidades de corriente gracias a unos sensores halla incorporados en
las pinzas. El método de medición de la corriente consiste en colocar la pinza en medio del
cable por donde fluye la corriente. De esta manera, se puede medir el campo magnético que
genera el flujo de corriente y eso se convierte en la corriente que se puede medir. El campo
magnético se puede medir gracias a los sensores Hall que contiene la pinza (Aguilera Nieves,
2011). La mayoría de las pinzas amperimetrica convenciones tienen un rango más amplio de
medición en comparación con un multímetro convencional (hasta 20 A), sin embargo, este
rango no es suficiente para las magnitudes que maneja un vehículo, por lo que una pinza
amperimetrica de grado industrial con un rango de medición más amplio sería muy útil para
el propósito planteado. Algunas de estas pinzas tienen la opción de almacenar y mostrar datos
en tiempo real, lo cual sería bastante útil.
Escáner de diagnóstico y mantenimiento automotriz
El escáner de diagnóstico es una herramienta que suele ser usada en los talleres automotrices
para encontrar, diagnosticar y resolver problemas relacionados con los vehículos. Para ello,
el escáner se conecta a un puerto OBD II (On Board Diagnostic) con lo cual es escáner logra
conectarse a todas las computadoras internas del vehículo para medir parámetros
relacionados con el área de diagnóstico de interés. Los parámetros disponibles del escáner
pueden variar dependiendo del vehículo. Sin embargo, un parámetro que siempre está
disponible independiente del vehículo es la medición directa del voltaje de la batería. La
mayoría de los escáners tiene la opción de almacenar datos para luego poder procesarlos, por
21
lo que este instrumento de medición sería una herramienta bastante útil para el propósito
planteado.
Selección de la metodología de medición
Para seleccionar la mejor manera de medir voltaje y corriente, se diseñó una matriz de
decisiones la cual funciona de la siguiente manera:
Se clasificaron las prioridades en un diseño experimental y se le asignó un porcentaje
de importancia de acuerdo a la experiencia personas dedicadas al diseño de
experimentos. Como ya se mencionó antes, la seguridad en la medición, el
almacenamiento de datos y las modificaciones al vehículo son las prioridades más
importantes debido a la gran intensidad de corriente manejada, la gran cantidad de
datos manejados y que una modificación seria e innecesaria puede afectar gravemente
el desempeño del vehículo.
A cada prioridad se le asigna una calificación de acuerdo a la dificultad que se
presente a la hora de efectuar la posible metodología en caso hipotético en el que se
fuera a desarrollar. Para esto se le asignó a 1 como Alto o Difícil, 2 como Medio o
Normal y 3 como Fácil o Bajo. Esto con el fin de encontrar la opción más viable y
sencilla para realizar la experimentación sin tener que complicar innecesariamente el
desarrollo del proyecto.
22
En la matriz, la metodología con más puntaje será la seleccionada para desarrollar la
caracterización eléctrica del vehículo. La matriz es la siguiente:
Tabla 1 Matriz de decisiones metodología de medición
Prioridades que
determinarán el
correcto proceso de la
medición
Porcentaje
de
importancia
Multímetro
convencional
Resistencia
Shunt Arduino
Pinza
Amperimetrica
Escáner de
diagnóstico
automotriz
Modificaciones 20% 2 2 2 2 3
Seguridad 30% 1 1 1 3 3
Almacenamiento de datos 20% 1 2 2 2 3
Disponibilidad de equipos 5% 3 1 3 2 1
Error en la medición 10% 1 3 2 3 1
Facilidad de manejo de
instrumentos 5% 3 3 1 3 2
Costo de los equipos 10% 2 1 3 1 1
Total 100% 1,5 1,7 1,8 2,35 2,45
Según la tabla mostrada, el escáner de diagnóstico parece ser la mejor opción para medir
parámetros de voltaje. Como el escáner no puede medir la corriente porque en los vehículos
no hay ningún computador interno que lo haga, se usará la pinza amperimetrica como
segunda mejor opción para medir la corriente que fluye por el circuito eléctrico del Spark.
Variables de medición.
Las variables utilizadas para la caracterización eléctrica son las siguientes:
𝑉𝑏: Voltaje base [V]
𝑉: Voltaje medido [V]
𝐼𝑏: Corriente base [A]
𝐼: Corriente medida [A]
𝑃𝑏: Potencia eléctrica base [W]
𝑃: Potencia eléctrica medida [W]
𝑃𝑎: Potencia eléctrica asociada [W]
𝑉: Velocidad del vehículo [km/h]
𝐷: Distancia recorrida [km]
𝑅𝑃𝑀: Revoluciones del motor [rpm]
23
La información de las variables de medición se encuentra en la siguiente tabla:
Tabla 2 Instrumentos de medición
Variables de
medición
Instrumento de
medición
Frecuencia
de Muestreo
[Hz]
Unidades de
Medición
Resolución
del
instrumento
Rango de
Medición
Voltaje Escáner
DashDyno SPD 0.125 V 0,1 24
Corriente Pinza
Amperimetrica 0.25 A 0,1 999,9
Revoluciones
del motor
Escáner
DashDyno SPD 0.125 RPM 1 16384
Velocidad
Instantánea
Escáner
DashDyno SPD 0.125 km/h 1 560
Distancia
Recorrida
Escáner
DashDyno SPD 0.125 km 0,1 804,6
Estos datos se tomarán con el siguiente propósito:
Voltaje: Es la variable que cuantifica la diferencia de potencial en la batería y la
tierra. Esta variable es de carácter continua y es requerida junto con la corriente para
calcular la potencia eléctrica y la potencia asociada al vehículo.
Corriente: Es el flujo de energía eléctrica que sale del alternador y recorre el circuito
eléctrico del vehículo. Esta variable es de carácter continua y es requerida junto con
el voltaje para estimar la potencia eléctrica del vehículo.
Revoluciones del motor: Es la cantidad de vueltas completas que da el cigüeñal del
motor por minuto. Esta variable es de interés ya que el alternador es movido por el
cigüeñal, por lo que la generación de energía es dependiente de la velocidad a la cual
gira el motor.
Velocidad Instantánea: Esta variable es de interés para controlar el ciclo de
conducción, debido a que este ciclo se realiza con velocidades específicas y el piloto
debe conocer la velocidad instantánea en todo momento de la prueba con el fin de
replicar dicho ciclo de conducción.
Distancia Recorrida: Esta variable es importante, ya que la programación del ciclo
de conducción en el escáner se hizo en base a la distancia recorrida, mediante cálculos
realizados con las ecuaciones básicas de cinemática teniendo en cuenta que hay
tramos donde la aceleración es constante o es nula.
24
Instrumentación seleccionada
Como se mencionó en la sección anterior, el escáner de diagnóstico y la pinza amperimetrica
son los instrumentos de medición que se utilizarán para caracterizar el Spark. A continuación,
se mostrará en detalle los instrumentos seleccionados:
Escáner DashDyno SPD con el software Dyno-Scan for Windows PC
Figura 1 Escáner DashDyno SPD con almacenamiento de datos. (Auterra, 2010)
Este dispositivo es un escáner el cual sirve para diagnosticar y verificar problemas
relacionados con el vehículo y analizar variables por medio de las computadoras internas que
el vehículo posee. Este escáner funciona para vehículos modelo 1996 en adelante de casi
todas las marcas de vehículos existentes en el mercado, los cuales tengan incorporado un
puerto OBD II. Este puerto es la principal comunicación entre las computadoras internas del
vehículo y el escáner por medio de un cable diseñado para tal propósito.
Figura 2 Conector OBD II (Auterra, 2010)
Normalmente este puerto se encuentra cerca de la zona de los pedales del piloto o en un
compartimiento cerca de la zona del piloto dentro de la cabina. El escáner es capaz de medir
hasta 280 parámetros dependiendo de las computadoras disponibles en el vehículo. Es
25
importante aclarar que no todos los parámetros son soportados por el vehículo (no aparecen
en el escáner) y de la misma manera, no todos los parámetros que parecerían ser soportados
por el escáner pueden ser medidos (aparecen en el escáner, pero no muestran valores).
Pinza amperimetrica Fluke 376 CF con software Fluke Connect
Figura 3 Pinza amperimetrica Fluke 376 FC con almacenamiento de datos (Fluke, 2015)
La pinza amperimetrica es un dispositivo electrónico el cual sirve para medir variables de
voltaje, resistencia, continuidad y corriente de manera directa y alterna por medio de
terminales positivos y negativos. Funciona con pilas AA y se usará para medir la corriente
directa que pasa por la extensión de cable positivo del alternador la cual se desvió dentro de
la cabina del copiloto para colocar la pinza dentro de la cabina y no dejarla dentro del motor
en donde el calor generado por la combustión puede afectar el instrumento. En la pinza
amperimetrica se activa la conexión Bluetooth para emparejar la pinza a un smarthphone
(Android/iOS) por medio de la aplicación Fluke Connect para tomar datos de la corriente
directa suministrada por el alternador.
2.3 Procesamiento de datos.
En trabajos previos se menciona una potencia eléctrica la cual se desarrolla cuando el motor
del vehículo está en ralentí. Esta potencia eléctrica seria la potencia eléctrica base
desarrollada para mantener el motor girando. Es el resultado de la multiplicación del voltaje
base de la batería y la corriente que el alternador está suministrando:
26
𝑃𝑏 = 𝑉𝑏 ∗ 𝐼𝑏 [𝑊]
Si en ralentí un dispositivo eléctrico es encendido, la corriente que suministrará el alternador
será mayor y el voltaje caerá un poco gracias a dicho dispositivo. Ese voltaje y corriente serán
los medidos cuando un dispositivo se encienda. La multiplicación de ese nuevo voltaje y
corriente será la potencia eléctrica medida del estado ralentí más el dispositivo encendido.
𝑃 = 𝑉 ∗ 𝐼 [𝑊]
Finalmente, si se resta la potencia eléctrica medida de la potencia eléctrica base, se obtendrá
la potencia eléctrica que consume solo el dispositivo eléctrico que fue encendido:
𝑃𝑎 = 𝑃 − 𝑃𝑏 [𝑊]
Dicha potencia asociada será lo que determinará el consumo eléctrico de cada uno de los
dispositivos eléctricos que se encuentran en el Chevrolet Spark. Por otra parte, la potencia
eléctrica medida será la que le dará valor a la potencia máxima que el vehículo consumirá
durante la prueba dinámica.
Hipótesis
La hipótesis se desarrolla en base a lo que contiene el manual de taller del Chevrolet Spark
sobre el consumo eléctrico durante el arranque y la capacidad eléctrica del alternador y la
batería. En la siguiente figura se puede apreciar las especificaciones eléctricas del motor de
arranque, el alternador y la batería:
Figura 4 Especificaciones técnicas del sistema eléctrico del Chevrolet Spark (General Motors)
De la figura 64, se espera que durante el arranque se consuman 800 W de potencia que vienen
directo de la batería. Durante el funcionamiento del motor, el alternador puede entregar una
potencia eléctrica máxima de 780 W. Se espera que el voltaje de la batería se encuentre en
un rango entre 12 a 14 voltios, debido a que la batería tiene un voltaje estándar de 12 V
27
debido a sus 6 celdas interna de 2 V cada una. El alternador aporta otros 2 V cuando carga la
batería para un total de 14 V. Por otra parte, los vehículos convencionales en ralentí suelen
manejar una corriente entre 5 a 15 A y una corriente total que puede llegar hasta los 70 A
dado que es el límite máximo del alternador.
2.4 Prueba Estática
Figura 5 Montaje de prueba estática Chevrolet Spark
La prueba estática se divide en 4 partes:
Medición de potencia eléctrica de los dispositivos eléctricos independientes solo con
la batería (motor apagado)
Medición de la potencia eléctrica desarrollada durante el arranque del motor.
Medición de la potencia eléctrica de los dispositivos eléctricos dependientes e
independientes, con el conjunto batería-alternador.
Medición de la potencia eléctrica de los dispositivos eléctricos dependientes e
independientes solo con el alternador (motor encendido)
Para todas las pruebas excepto el arranque, se realizan 5 tomas de datos, por lo que se tiene
un total de 16 pruebas. Para corroborar el modelo matemático propuesto, la primera prueba
estática se realiza con la posición de la llave en OFF y ACC, dado que el motor no consume
energía y cualquier voltaje y corriente que marquen el escáner y la pinza será directamente
la potencia eléctrica asociada que demanda dicho dispositivo eléctrico ya que la potencia
eléctrica base es cero. Luego, para las demás mediciones sin importar si se involucra el
alternador o ambos, el procedimiento para tomar datos es el mismo y es el siguiente:
28
Se inicia la recolección de datos en la pinza y en el escáner de forma manual al mismo
tiempo.
Se toma el dato de voltaje y corriente en ralentí durante un minuto.
Se enciende un dispositivo eléctrico independiente.
Después de dejarlo encendido dos minutos se apaga.
Se finaliza la recolección de datos en la pinza y el escáner.
En el caso de que el dispositivo eléctrico independiente tuviera diferentes intensidades de
funcionamiento, como el limpiaparabrisas o la ventilación interna del vehículo, se realizaban
mediciones de cada intensidad por separado. Este procedimiento se realiza para cada
dispositivo eléctrico independiente. La idea principal de esta prueba es poder cuantificar por
separado cuanta potencia eléctrica demandan estos dispositivos dependiendo de su
funcionamiento. Todos los datos de potencia asociada que se calculan de esta prueba son
contenidos en gráficas y los formatos creados para contener los datos obtenidos se encuentran
en los anexos.
Montaje experimental.
El diagrama eléctrico de un vehículo es bastante complejo y no es uno de los objetivos del
proyecto explicarlo en su totalidad. Sin embargo, se ilustrará una imagen en la que se
explicará un diagrama simplificado en el que se reparte la potencia eléctrica durante las
posiciones de la llave (las flechas indican el flujo de energía mecánica/eléctrica)
29
Diagrama con el motor apagado (solo batería)
Figura 6 Diagrama eléctrico del Spark con el motor apagado (solo batería)
Diagrama en el arranque
Figura 7 Diagrama eléctrico del Spark en el arranque
30
Diagrama del vehículo en ralentí con batería y alternador
Figura 8 Diagrama eléctrico del Spark en ralentí con la batería y el alternador
Diagrama del vehículo en ralentí solo con alternador
Figura 9 Diagrama eléctrico del Spark en ralentí solo con el alternador
Ya que el área de interés es el cable de la salida del alternador, se debe colocar la pinza
amperimetrica de ser posible lo más cerca a la salida. Sin embargo, existen dos
inconvenientes para colocar la pinza en ese lugar:
El cable de salida del alternador esta fuera del alcance de una persona, se encuentra
muy adentro en el motor.
31
De ser posible colocar la pinza en ese lugar, el calor disipado por el motor es muy
intenso y puede afectar las mediciones de la pinza, sin tener en cuenta que también
podría dañar la pinza.
Para solucionar esos inconvenientes, se realizó una extensión de ese cable pasa pasarlo por
dentro del vehículo a través de un orificio del chasis. De esa manera, la pinza está lejos del
calor del motor y en un lugar accesible y seguro para colocar y retirar la pinza cuando se
requiera.
Figura 10 Extensión del cable del alternador. Las flechas indican la dirección del flujo de corriente
El cable es AWG #4 de cobre con cubierta de caucho cuya capacidad máxima de amperaje
es de 70 A. Para la unión se utilizó dos terminales de ojo de cobre cuya capacidad también
es de 70 A. La configuración de la pinza es en modo “A DC” y la pinza se coloca de manera
que rodee el cable. Como la dirección es importante, la pinza se coloca de tal manera que la
magnitud de la corriente sea positiva para efectos prácticos de análisis.
Por otra parte, el escáner tiene su propio software para procesar los datos. El medio de
comunicación del escáner y el computador es por medio de un cable de datos, el cual se
coloca en el puerto USB del escáner y del computador, dando acceso directo desde las
computadoras internas del vehículo al software del portátil. El portátil junto con el escáner
se utiliza en la prueba estática. En la prueba dinámica solo se usa el escáner.
32
Figura 11 Configuración del escáner con el computador mediante el cable de datos USB
Así mismo, el escáner tiene una base, la cual se coloca en el parabrisas para fijarlo durante
las pruebas. Los cables se colocan de tal manera que no interfieran con el timón, los pedales,
la palanca del freno etc.
Figura 12 Escáner con base para colocar en el parabrisas (Auterra, 2010)
Figura 13 Conexión del escáner al vehículo (Auterra, 2010)
Finalmente, el escáner funciona con un bajo consumo de energía, por lo que las mediciones
relacionadas con la potencia eléctrica no se verán afectadas. El modo de configuración en el
33
escáner será “Meter 4 Screen” en el que se visualizarán en tiempo real las variables
mencionadas anteriormente en unidades del sistema internacional.
Figura 14 Pantalla en la cual se escoge datos en tiempo real (Auterra, 2010)
Figura 15 Configuración "Meter 4 Screen" (Auterra, 2010)
2.5 Prueba Dinámica
Figura 16 Prueba dinámica en el Autódromo de Tocancipá
La prueba dinámica consiste en realizar un ciclo de conducción urbano estandarizado por la
norma SAE J1082 en el Autódromo de Tocancipá. Esta norma es utilizada para medir el
consumo energético del combustible del vehículo en términos del ciclo de conducción. Sin
embargo, esta prueba será una modificación de la norma, ya que se utilizará el ciclo de
conducción urbano para medir el comportamiento eléctrico del vehículo en función de la
34
velocidad, de manera que se simule que el vehículo está operando como si estuviera
recorriendo la ciudad.
Figura 17 Ciclo de conducción urbano de la norma SAE J1082 (SAE International, 2008)
Un ciclo de conducción es un método usado por los fabricantes de autos para cuantificar el
consumo energético y las emisiones de un vehículo durante su funcionamiento en ciudad y
carretera. Existen muchos ciclos estandarizados como el NEDC (New European Driving
Cicle) el cual se construye a partir de un estudio muy extenso acerca del comportamiento al
volante de los conductores en Europa en zona urbana. Por lo general, el ciclo se reporta en
una gráfica que permite visualizar la velocidad del vehículo en función del tiempo (Bosch,
2017)
Figura 18 Nuevo ciclo de conducción europeo (Bosch, 2017)
0
8
16
24
32
40
48
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
Vel
oci
dad
[km
/h]
Tiempo [s]
Ciclo de conducción urbano SAE J1082
35
Estos ciclos de conducción estandarizados se realizan con ciertas condiciones que pueden ser
obtenidas fácilmente para realizar pruebas con estos ciclos en un futuro. Para el caso de
Bogotá, no existe un ciclo de conducción estandarizado, por lo que muchos proyectos de
grado y tesis de maestría de ingenierías se han centrado en tratar de proponer un ciclo de
conducción estandarizado para Bogotá D.C. Desafortunadamente, los ciclos propuestos en
los proyectos son bastante distintos uno del otro debido a que los estudios se ha realizado en
diferentes zonas de la ciudad, en diferentes condiciones de experimentación y en resumen
sigue sin haber un ciclo de conducción para esta ciudad.
Con la prueba dinámica se espera obtener datos que permitan estudiar el comportamiento de
la energía eléctrica producida por el alternador en función de la velocidad que desarrolla el
vehículo, ya que el alternador es dependiente del motor de combustión interna, el cual es
dependiente del ciclo de conducción implementado por el piloto. Para lograr este propósito,
se modifica la norma SAE J1082 de la siguiente manera:
La norma exige que todos los dispositivos eléctricos independientes del
funcionamiento del motor como la radio, el A/C, limpiaparabrisas entre otros deban
estar apagados, de ser posible estén desconectados de la fuente de alimentación y las
ventanas cerradas. Por seguridad y de ser necesario, solo está permitido encender las
luces delanteras en caso de que la prueba se realice en una carretera con tránsito.
En este caso, la modificación de la norma es que todos los dispositivos eléctricos
independientes que funcionen de manera constante estén funcionando a máxima capacidad,
para poder cuantificar la demanda energética al alternador y la batería con el desarrollo de la
velocidad del vehículo en función del ciclo de conducción. Esos dispositivos mencionados
anteriormente se ilustran en la siguiente tabla:
36
Tabla 3 Dispositivos eléctricos del vehículo
Dispositivos Eléctricos Independientes Dispositivos Eléctricos Dependientes
Luces Delanteras Altas Sistema de inyección de gasolina
Luces estacionarias Sistema de refrigeración eléctrica del motor
por convección forzada
Luz Interior del techo Sistema de generación de energía eléctrica
Aire Acondicionado en la máxima intensidad Sistema de almacenamiento de energía
eléctrica
Desempañador parabrisas trasero Sistemas de seguridad y auxiliares
Radio
Limpiaparabrisas trasero
Limpiaparabrisas intensidad Alta
En la pausa de los 15 segundos entre los micro ciclos la norma exige registrar la
temperatura del combustible.
Esa parte se omite dado que dicho dato no es relevante para la prueba. Solo se frena y se
espera 15 a 30 segundos, el cual es el tiempo en promedio de la duración de un semáforo en
Bogotá.
Adicional a esto, el escáner cuenta con “alarmas” las cuales pueden dar aviso visual de las
situaciones asociadas a una programación previa que se realiza con los parámetros
disponibles. Las alarmas son tres bombillos LED de color verde, amarillo y rojo que pueden
ser configurados mediante un orden lógico según lo que se requiera a partir de un parámetro
de entrada y unos valores predeterminados. Estas alarmas serán utilizadas para indicar al
piloto de manera visual en que momento debe acelerar con el LED de color verde, en que
momento debe mantener una velocidad constante con el LED de color amarillo y en qué
momento debe frenar con el LED de color rojo. Estas instrucciones se implementan en las
alarmas del escáner en función del tiempo transcurrido y la distancia recorrida para asegurar
que ya sea por tiempo o por distancia, el piloto pueda replicar el ciclo de conducción
estandarizado. Este tiempo y distancia mencionados fueron calculados a partir de las
instrucciones incluidas en la norma SAE J1082 con las ecuaciones de cinemática con
aceleración lineal constante.
𝑉𝑓2 = 𝑉𝑖
2 + 2𝑎∆𝑥 [𝑘𝑚
ℎ]
37
𝑉𝑓 = 𝑉𝑖 + 𝑎𝑡 [𝑘𝑚
ℎ]
En donde 𝑉𝑓 , 𝑉𝑖 𝑦 𝑎 están dados en las instrucciones, de manera que la distancia
requerida ∆𝑥 y el tiempo requerido 𝑡 pueden ser calculados para incluir en el escáner. En
tramos de velocidad constante se utiliza la distancia recorrida dada en la y se divide en la
velocidad lineal durante el tramo para obtener el tiempo que demora el vehículo en recorrer
el trayecto.
El modo de configurar las alarmas consistió en calcular una sumatoria de distancias y tiempos
en donde teóricamente el vehículo debería realizar una acción durante el recorrido. Para
configurar esas alarmas, se debía usar dos alarmas por acción del ciclo. Las acciones son:
“Green Light On”
“Green Light Off”
“Yellow Light On”
“Yellow Light Off”
“Red Light On”
“Red Light Off”
“All Alarms Flash”
“All Alarms Off”
Con estas acciones, se usan los parámetros de distancia y tiempo para darle una acción a la
alarma. Un ejemplo es en el comienzo del ciclo. Teóricamente la aceleración de 2.1 m/s^2
de 0 a 24 km/h implica recorrer 11 m de distancia en 3 segundos. Estos datos son introducidos
en las alarmas de manera que durante ese intervalo la alarma cuya acción es “Green Light
On” sea activada y no se desactive hasta que los 11 m y 3 seg pasen en el escáner. Una vez
el valor medido supera los 11 m y 3 segundos, se desactiva la alarma mediante la acción
“Green Light Off” y se activa “Yellow Light On” el cual indica el tramo de velocidad
constante. La alarma no se desactivaría hasta haber recorrido los 330 m de distancia y 24
segundos de trayecto y en escáner se coloca ese valor más el que ya recorrió durante la
aceleración. El flash de todos los LED indicaría el fin del micro ciclo en donde hay que
esperar 15 segundos para arrancar de nuevo. De esta manera, se realizó una tabla en la que
se muestran los tiempos, distancias y acciones que deben realizar las alarmas.
38
3. RESULTADOS
Los resultados de la experimentación se dividen en dos partes: la primera será la prueba
estática divida en las 4 partes de experimentación antes mencionadas y la prueba dinámica
realizada en el Autódromo de Tocancipá. En esta sección solo se mostrarán los resultados de
ambas pruebas y en la siguiente sección serán analizados.
Antes de exponer los resultados, se dará una una breve descripción de cómo se debe procesar
los datos tomados para procesar los resultados de la prueba estática:
1. Según el tipo de prueba que se realicé, se debe tomar con el escáner principalmente
el dato de voltaje inicial que marca el escáner y el dato de corriente que toma la pinza
amperimetrica cuando el carro se encuentra en estado de ralentí. Si el vehículo se
encuentra apagado, por lo general solo habrá un dato de voltaje, ya que si el alternador
no gira, no debería producir energía y la pinza no marcará nada. Esos datos son los
mencionados datos base y se deben poner en la planilla de toma de datos (ver anexos).
Se recomienda tomar este dato mínimo por un minuto, máximo 2, ya que la cantidad
de datos obtenidos por ambos instrumentos es considerablemente alta. Los datos de
suelen ser entre 13 y 14 V para el voltaje base o en ralentí de la batería y entre 9 a 12
A para la corriente que sale del alternador respectivamente.
Figura 19 Datos obtenidos del voltaje y la corriente en ralentí
Como son bastantes datos, es recomendado realizar un promedio de voltaje y la
corriente, ya que ambos datos traen consigo en la medición un ruido, el cual no es
12
12,5
13
13,5
14
14,5
15
12
12,1
12,2
12,3
12,4
12,5
0 2 4 6 8 10 12 14
Vo
ltaj
e [V
]
Co
rrie
nte
[A
]
Tiempo [s]
Corriente Alternador Voltaje Bateria
39
muy significativo, pero realizar un promedio disminuirá el error asociado a dicho
fenómeno. Este promedio será el que su utilizará para calcular la potencia eléctrica
base promedio. También se puede intentar calcular directamente la potencia eléctrica
en cada segundo y al final hacer el promedio. Ese procedimiento arrojará un resultado
bastante similar.
𝑃𝑏 = 𝑉𝑏 ∗ 𝐼𝑏 = 14,2 𝑉 ∗ 12,2 𝐴 = 173,24 𝑊
2. Una vez tomados esos datos base, se procede a encender un dispositivo eléctrico. Para
esta explicación usaremos las lámparas frontales como ejemplo para calcular su
potencia asociada. Esta prueba es la que se realizó con batería y alternador. En este
punto se encienden las lámparas frontales y lo que se espera ver es una caída de
tensión en la batería y un aumento de la corriente producida por el alternador debido
a la cantidad solicitada de energía eléctrica. Si el dispositivo eléctrico exige
demasiada potencia eléctrica de golpe al ser activado, esto afectará al alternador y
con él, las revoluciones del motor también se verán afectadas por un breve instante.
Estos nuevos datos corresponden a un voltaje medido y una corriente medida que
corresponde al conjunto ralentí con las lámparas frontales. Nuevamente se toman
estos datos entre 1 a 2 minutos y una vez finaliza el tiempo, se termina la toma de
datos y se procede a realizar los cálculos para obtener la potencia asociada.
Figura 20 Variación en los datos obtenidos por la activación de un dispositivo eléctrico. Los parámetros en las columnas
siguen correspondiendo a tiempo, voltaje y corriente respectivamente.
𝑃 = 13,9 𝑉 ∗ 23 𝐴 = 319,7 𝑊
12,5
13
13,5
14
14,5
15
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30
Vo
ltaj
e [V
]
Co
rrie
nte
[A
]
Tiempo [s]
Corriente Alternador Voltaje Bateria
40
Una vez obtenida la potencia eléctrica medida, finalmente se puede calcular la
potencia asociada con la simple resta de la potencia medida menos la potencia base:
𝑃𝑎 = 𝑃 − 𝑃𝑏 = 319,7 𝑊 − 173,4 𝑊 = 𝟏𝟒𝟔, 𝟑 𝑾
Por lo tanto, la potencia asociada a las lámparas frontales es aproximadamente
146,3W.
3. Como toda medición experimental tiene asociada un error, es necesario calcular ese
error en la medición mediante fundamentos básicos de experimentación conocidos
como la incertidumbre sistemática, aleatoria, total y en el caso de la potencia, como
es una variable calculada y no medida, se debe usar la propagación de error teniendo
en cuenta las incertidumbres del voltaje y la corriente y la ecuación característica.
Esta incertidumbre debe ser calculada cuando esta prueba para este dispositivo
eléctrico en particular sea repetida al menos unas 5 veces. Es por esta razón que las
pruebas se demoran tanto tiempo, por lo que es recomendado trabajar con agilidad
para reducir el tiempo invertido en la toma de datos.
3.1 Resultados Prueba Estática
3.1.1 Potencia eléctrica asociada al arranque del motor.
En el arranque, la electricidad en vehículo se comporta de cierta manera dependiendo del
lugar en donde se realice la medición con la pinza. Si se mide la corriente que puede enviar
el alternador durante el arranque, se obtiene una gráfica como la siguiente:
Figura 21 Arranque del motor medido desde la salida del alternador
0
10
20
30
40
50
10,5
11,5
12,5
13,5
14,5
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Co
rrie
nte
[A
]
Vo
ltaj
e B
ater
ia [
V]
Tiempo [s]
Voltaje Bateria Corriente Alternador
41
De la gráfica se puede observar que la máxima corriente generada en el arranque del motor
es de 42 A con un voltaje de 11 V, por lo que la potencia eléctrica pico que entrega el
alternador durante el arranque es de 462 W. Esta potencia eléctrica se entrega tanto a la
batería como a los dispositivos eléctricos. Durante el estado de ralentí, la potencia eléctrica
asociada a los dispositivos eléctricos dependientes en promedio es de 140W.
Si se mide la corriente desde el borne positivo de la batería, se obtiene el siguiente resultado:
Figura 22 Arranque medido desde el borne positivo de la batería
La corriente con magnitud negativa indica que la dirección de la corriente es contraria a como
normalmente va el flujo. En el arranque, la batería entrega aproximadamente 70 A de
corriente a un voltaje entre 9 a 11 V al motor de arranque, bujías, bomba e inyectores de
gasolina y demás dispositivos que requieran electricidad para arrancar el motor. La mayor
parte se la lleva el motor de arranque. Por lo tanto, la potencia eléctrica en el arranque se
encuentra en un rango entre 630 a 810 W, tal como se describe en el manual de taller.
3.1.2 Potencia eléctrica asociada sin motor
Con el motor apagado, solo la batería alimenta los dispositivos eléctricos independientes que
se encienden en el vehículo. Los resultados son los siguientes:
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
10,5
11
11,5
12
12,5
13
13,5
14
14,5
15
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Co
rrie
nte
[A
]
Vo
ltaj
e B
ater
ia [
V]
Tiempo [s]
Voltaje Bateria Corriente Alternador
42
Figura 23 Grafica representativa de la potencia asociada de todos los dispositivos eléctricos alimentados solo con
batería.
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325
Lamp Interior del techo
Radio
Lamp Reversa
Aspersores
Limp. Lo
Bocina
Limp. Int
Limp. trasero
Lamp. Freno
Limp. Hi
Lamp. estacionarias
Calefacción Max
Desempañador
Ventilador Max
A/C Max
Aire Frio Max
Lamp. Frontales Bajas
Lamp. Frontales Altas
Ventana Eléctrica Piloto
Ventana Eléctrica Copiloto
Ventanas Eléctricas
Potencia Asociada [W]
43
3.1.3 Potencia eléctrica asociada solo con alternador.
Figura 24 Potencia asociada a los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo con el alternador
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325
Lamp Interior del techo
Aspersores
Radio
Limp. Int
Limp. trasero
Lamp Reversa
Bocina
Limp. Lo
Lamp. Freno
Lamp. estacionarias
Limp. Hi
Refrigeración
Desempañador
Calefacción Max
Lamp. Frontales Bajas
Ventilador Max
Aire Frio Max
Lamp. Frontales Altas
Ventana Eléctrica Copiloto
Ventana Eléctrica Piloto
Ventanas Eléctricas
A/C Max
Potencia Asociada [W]
44
3.1.4 Potencia eléctrica asociada con el conjunto batería-alternador
Figura 25 Potencia asociada de todos los dispositivos eléctricos alimentados con el conjunto batería-alternador
3.1.5 Potencia eléctrica asociada de todas las pruebas con todos los dispositivos eléctricos
independientes
De los literales anteriores se puede observar que las pruebas realizadas arrojan resultados
muy similares, por lo que el modelo matemático funciona y tanto la batería como el
alternador pueden entregar la cantidad de energía eléctrica que el dispositivo eléctrico
necesita por separado. A continuación, se muestra una tabla que contiene el promedio de
potencias asociadas de diferentes pruebas para volver a sacar un promedio general del
consumo eléctrico de los dispositivos eléctricos independientes con su incertidumbre.
0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00
Lamp Interior del techo
Aspersores
Radio
Limp. trasero
Limp. Int
Lamp Reversa
Bocina
Limp. Lo
Lamp. Freno
Lamp. estacionarias
Limp. Hi
Refrigeración
Desempañador
Calefacción Max
Lamp. Frontales Bajas
Ventilador Max
Aire Frio Max
Lamp. Frontales Altas
Ventana Eléctrica Piloto
Ventana Eléctrica Copiloto
Ventanas Eléctricas
A/C Max
Potencia Asociada [W]
45
Tabla 4 Promedio de los promedios de la potencia asociada en cada prueba
Dispositivo
Eléctrico
Potencia
Asociada
1 [W]
Potencia
Asociada
2 [W]
Potencia
Asociada
3 [W]
Potencia
Asociada
4 [W]
Promedio
[W]
Desviación
estándar
[W]
Inc.
Total
[W]
Lamp. Front. Altas 140,6 148,7 146,7 141,2 144,3 4,025 35,86
Lamp. Front. Bajas 125,5 127,5 125,6 117,9 124,1 4,249 27,06
Lamp Reversa 23,32 24,22 24,89 21,89 23,58 1,296 6,619
Luces estacio. 79,59 72,25 72,97 68,17 73,24 4,727 17,43
Lamp Freno 55,80 56,61 56,21 51,81 55,11 2,223 13,92
Lamp. Antiniebla 58,20 51,60 56,70 55,80 55,58 2,829 18,26
Lamp Int. techo 10,80 10,47 10,66 9,120 10,26 0,777 7,264
Ventilador V1 33,91 34,88 34,04 33,45 34,07 0,596 15,85
Ventilador V2 52,51 54,91 54,97 52,58 53,74 1,384 16,44
Ventilador V3 81,66 83,52 84,36 80,78 82,58 1,648 26,85
Ventilador V4 128,8 129,8 127,8 126,4 128,2 1,445 34,50
Calefacción V1 34,68 33,89 34,39 31,35 33,58 1,519 16,11
Calefacción V2 50,50 52,40 54,03 50,76 51,92 1,639 16,18
Calefacción V3 75,87 79,46 77,82 74,28 76,86 2,259 26,28
Calefacción V4 119,0 115,2 115,0 115,1 116,1 1,970 35,93
Aire Frio V1 34,78 33,73 36,16 34,16 34,71 1,061 15,59
Aire Frio V2 52,85 58,27 56,61 54,97 55,68 2,316 14,97
Aire Frio V3 85,67 86,61 87,63 86,22 86,53 0,828 25,39
Aire Frio V4 139,9 145,0 142,4 136,2 140,9 3,767 35,09
A/C V1 183,3 177,3 184,6 181,4 181,7 3,210 24,94
A/C V2 207,7 190,1 203,6 199,5 200,2 7,561 23,47
A/C V3 229,0 210,1 228,9 223,7 223,0 8,888 33,03
A/C V4 256,3 253,8 270,1 244,8 256,2 10,47 41,87
Refrigeración 98,20 97,61 97,51 97,45 97,69 0,344 23,89
Desempañador 114,7 111,1 114,6 111,8 113,1 1,851 24,41
Radio 15,37 9,103 14,03 16,01 13,63 3,127 4,672
Aspersores 11,6 11,8 11,7 12,5 11,8 1,095 2,899
Limp. Lo 52,30 47,07 45,45 47,19 48,01 2,973 15,17
Limp. Int 65,02 66,36 67,20 69,03 66,90 1,678 23,13
Limp. trasero 18,98 16,69 18,97 18,53 18,29 1,091 4,168
Limp. Hi 75,36 77,06 74,56 70,07 74,26 2,984 23,75
Vent. Eléc. Pi. 202,2 206,5 197,8 196,5 200,8 4,565 32,87
Vent. Eléc. Cop. 184,2 190,6 200,2 199,5 193,6 7,651 25,35
Vent. Elec. 213,2 197,8 218,5 210,6 210,0 8,776 35,66
Bocina 41,07 38,48 41,52 39,60 40,17 1,391 13,71
46
3.2 Resultados Prueba Dinámica
La prueba se realizó con las siguientes condiciones de experimentación:
Tabla 5 Datos de las condiciones del día en las que se realizó la prueba dinámica (medidos con un termo anemómetro)
Peso extra
del vehículo
[kg]
Altura
[m.s.n.m]
Humedad
Relativa
[%]
Temperatura
Ambiente
[°C]
Presión
Atmosférica
[hPa]
Velocidad
del viento
[km/h]
Mínimo
160 2 605
42,9 13,6 752,9 0
Máximo 83,6 17,8 753,3 16,9
Final 94,2 18,1 753,6 16,9
La prueba se realizó con el cambio de la caja automática en “Drive” con el “Overdrive”
apagado (O/D Off) después de haber calentado el motor con más de 6 vueltas al circuito en
sentido anti horario. Según la norma SAE, si el vehículo no es capaz de replicar el perfil de
velocidades y aceleraciones del ciclo de conducción, se debe apagar el “Overdrive” para
obtener una mejor respuesta por parte del motor. En este caso fue necesario apagar el
Overdrive.
3.2.1 Comportamiento de la potencia eléctrica en función del ciclo de conducción
Como ya se mencionó anteriormente, en esta prueba se realiza un recorrido por el circuito
del autódromo siguiendo las instrucciones del ciclo de conducción predeterminadas en el
escáner con todos los dispositivos encendidos y funcionando a su máxima capacidad. Los
resultados son los siguientes:
Figura 26 Potencia eléctrica que genera el alternador en función del ciclo de conducción
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
Po
ten
cia
Ele
ctri
ca [
W]
Vel
oci
dad
[km
/h]
Tiempo [s]
SAE J1082 Velocidad Potencia
47
La potencia eléctrica promedio generada por el Spark durante este ciclo de conducción se
encuentra en un rango entre 800 a 900 W cuando el vehículo se encuentra en movimiento.
En promedio la potencia eléctrica se encuentra en un rango entre
3.2.2 Comportamiento de la potencia eléctrica después de apagar los dispositivos eléctricos.
Cuando los dispositivos eléctricos se apagaron y se realizó un nuevo ciclo de conducción, el
alternador comienza a cargar la batería debido a que el consumo de la mayoría de los
dispositivos eléctricos tanto dependientes como independientes es mucho mayor que lo que
puede producir el alternador, por lo que la batería también debe aportar energía eléctrica para
poder cumplir con la demanda energética. La grafica es la siguiente:
Figura 27 Potencia eléctrica generada por el alternador después de apagar todos los dispositivos eléctricos
independientes y realizar nuevamente un ciclo de conducción.
0
100
200
300
400
500
600
0
8
16
24
32
40
48
56
64
72
80
88
96
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
Po
ten
cia
Ele
ctri
ca [
w]
Vel
oci
dad
[km
/h]
Tiempo [s]
SAE J1082 Velocidad Potencia
48
3.2.3 Comportamiento del alternador en función de las revoluciones del motor
Figura 28 Comportamiento de la potencia eléctrica en función de las revoluciones del motor.
Como el alternador es dependiente del motor y más específicamente de la velocidad angular,
la potencia eléctrica producida por el alternador parece tener una relación bastante directa
con las revoluciones, en específico con la corriente producida, ya que, a mayor velocidad
angular, mayor corriente entrega el alternador a todos los dispositivos eléctricos del vehículo.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
Po
tenci
a E
léct
rica
[W
]
Rev
olc
uio
nes
del
mo
tor
[RP
M]
Tiempo [s]
RPM Motor Potencia Eléctrica
49
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS
4.1 Prueba Estática con motor apagado (solo batería)
Figura 29 Potencia asociada de todos los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo por la batería.
Figura 30 Consumo del sistema de ventilación interno del vehículo.
De la figura 33 se puede observar que a medida que se encienden todos los dispositivos
eléctricos independientes, la potencia asociada va aumentando conforme se van activando
dichos dispositivos hasta el punto que alcanza una potencia eléctrica que varía entre 400 a
500 W, con un promedio de 460W debido al ruido provocado por el voltaje y los dispositivos
de consumo variable como las luces estacionarias. Por lo que el motor se encuentra apagado
y no debería haber consumo de energía eléctrica por parte de los dispositivos eléctricos
dependientes, los 460W que se muestran en la figura son los que consumen todos los
dispositivos eléctricos independientes disponibles los cuales son alimentados por la batería
460
0
100
200
300
400
500
600
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Po
tenci
a A
soci
ada
[W]
Tiempo [s]
50
en la máxima intensidad. Este dato podría ser el primer tentativo para conocer el consumo
máximo de estos dispositivos. Sin embargo, se desconoce si la potencia asociada podría ser
más alta porque la batería tiene un límite máximo de entrega de energía, por lo a la vez que
se está midiendo el consumo de los dispositivos eléctricos, también se está obteniendo la
potencia eléctrica máxima de la batería para este vehículo en particular. Una vez se apagan
todos los dispositivos, el consumo de energía disminuye a cero nuevamente. El mejor análisis
para esta prueba es decir que los dispositivos eléctricos independientes del funcionamiento
del motor del Chevrolet Spark tienen un consumo de energía eléctrica total mínimo de 460
W, sin incluir el motor.
Adicional a esto, es importante destacar un comportamiento singular en el sistema de
ventilación interno del vehículo, ya que sin importar la modalidad de la ventilación el
consumo de energía parece ser el mismo y solo depende de la intensidad del viento hacia el
interior del vehículo, por lo que se puede decir que cuando el motor se encuentra apagado,
solo el motor electico interno que contiene el ventilador es lo único que funciona en ese
sistema, alcanzando un consumo máximo de 77W en la máxima intensidad de ventilación.
4.2 Prueba Estática con el conjunto batería-alternador y solo con alternador
Figura 31 Voltaje y corriente de las lámparas frontales encendidas
10
12
14
16
18
20
0
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Vo
ltaj
e [V
]
Co
rrie
nte
[A
]
Tiempo [s]
Corriente Alternador Voltaje Bateria
Batería y
Alternador
Solo
Alternador
51
Figura 32 Comportamiento del alternador ante la exigencia eléctrica máxima del Spark
En este caso cuando se encienden las lámparas, el voltaje cae un poco y la corriente se eleva.
Si en medio de la medición se desconecta la batería, el voltaje tendrá picos mucho más
pronunciados y la corriente disminuye un poco y se torna mucho más constante. Esto
ocasiona que la incertidumbre en la prueba estática solo con alternador sea mucho más alta
que con el conjunto batería-alternador. Además, lo anterior también refleja que la batería de
cierto modo también funciona como un regulador del voltaje. Cuando solo se utilizó el
alternador, se intentó medir la máxima potencia asociada a los dispositivos eléctricos
independientes para poder cuantificarlo. Sin embargo, esto no se pudo hacer, ya que poco
antes de logran encender todas las cargas el vehículo se apagaba. De igual manera, se intentó
acelerar el motor para generar más energía, pero el vehículo también se apagó.
4.3 Prueba Dinámica con la norma SAE J1082
Figura 33 Comportamiento de la corriente entregada por el alternador y las revoluciones del motor durante uno de los
micros ciclos de conducción entre 0 a 32 km/h
10
11
12
13
14
15
16
17
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 5 10 15 20 25 30 35
Vo
ltaj
e [
V]
Co
rrie
nte
[A
]
Tiempo [s]Corriente Alternador Voltaje Alternador
800
1600
2400
3200
4000
0
20
40
60
0 20 40 60 80 100 120 140 160
RP
M m
oto
r [R
PM
]
Co
rrie
nte
[A
]
Tiempo [s]
Corriente del alternador RPM Motor
52
La prueba dinámica arroja resultados bastante relacionados con las revoluciones del motor.
El aumento de revoluciones en el alternador hace que genere energía suficiente para cubrir
la demanda energética de todos los dispositivos eléctricos que estén en funcionamiento
excepto la batería, por lo que el alternador no es capaz de entregar energía suficiente para
todo el vehículo. Esto implica que cuando el vehículo está quieto y la batería tiene que
entregar energía eléctrica, esta se pierde ya que no está siendo recargada por la batería o se
recarga poca energía y con el tiempo la batería se quedará sin energía. Por otra parte, la
corriente del alternador es directamente proporcional a las revoluciones del motor y el
movimiento del vehículo hace que el alternador sea capaz de entregar aproximadamente 35
A adicionales al Spark, para un total de 70 A de corriente generada. Por lo tanto, se puede
afirmar que la potencia eléctrica generada por el alternador es directamente proporcional a la
velocidad del vehículo, más específicamente a las revoluciones del motor que se desarrollan
durante el ciclo de conducción que implemente el conductor.
53
5. CONCLUSIÓN
Finalmente se puede concluir de este trabajo que el consumo eléctrico máximo de un vehículo
de motor de combustión interna, en este caso del Chevrolet Spark de transmisión automática,
se encuentra en un rango entre 750 a 900 W de potencia eléctrica cuando se desarrolla un
ciclo de conducción urbano. Estos rangos de potencia eléctrica se generan en el máximo
cuando el vehículo acelera y cuando se mantiene una velocidad constante. En el momento de
la aceleración, con el incremento de las revoluciones del motor, la corriente producida por el
alternador aumenta el doble de golpe cuando todos los dispositivos eléctricos están
encendidos debido a la solicitud eléctrica. De resto, si el vehículo lo requiere el alternador
entrega energía eléctrica según las revoluciones del motor, ya que es dependiente del motor
y la batería entrega energía eléctrica solo si el alternador necesita apoyo eléctrico. Sin
embargo, a pesar de aumentar las revoluciones para generar más energía, durante la prueba
dinámica el alternador estaba al límite de su capacidad y la batería se descarga
constantemente durante toda la prueba. Incluso si el conjunto batería-alternador puede llegar
a entregar hasta 900 W de potencia eléctrica, los dispositivos eléctricos independientes
pueden llegar a consumir mínimo casi la mitad de ese producido (420 W). Como puede haber
una pérdida de energía tan masiva en este vehículo, sería bastante útil desarrollar un
mecanismo de conversión de energía capaz de poder complementarse con el conjunto batería-
alternador para evitar esa pérdida de energía. De esta manera tanto el conductor como los
usuarios del vehículo podrán hacer un uso más exigente del vehículo sin tener que
preocuparse por la electricidad y en el mejor de los casos, aprovechar el desperdicio de
energía en forma de calor para ahorrar energía eléctrica.
54
6. RECOMENDACIONES
El motor del Spark no tiene suficiente potencia mecánica para realizar un ciclo de
conducción tan exigente como el que esta estandarizado en la norma SAE J1082. Se
recomienda realizar un ciclo de conducción menos exigente o crear un ciclo de
conducción propio para este vehículo.
Se recomienda usar un sistema de ventilación adicional para realizar las pruebas
estáticas cuando el motor se encuentre encendido. Esto con el fin de que el ventilador
adicional ventile el motor y el ventilador eléctrico del sistema de refrigeración no se
encienda automáticamente y altere la toma de datos en curso.
Se recomienda buscar más instrumentos de medición. Instrumentos cuya frecuencia
de muestreo pueda ser cambiada para el beneficio de la experimentación y de ser
posible reducir el número de instrumentos para facilitar más la experimentación.
Se recomienda construir un modo alterno más fácil de replicar el ciclo de conducción,
ya que usar las alarmas del escáner y conducir al mismo tiempo es bastante
complicado. Un copiloto cuya función sea indicar las instrucciones del ciclo de
conducción sería muy útil.
Se recomienda practicar con anticipación el ciclo de conducción, de ser posible en el
vehículo de prueba. Esto con el fin de que el piloto pueda estar más familiarizado con
este ciclo. Para este proyecto ese ciclo solo se pudo realizar el día de la prueba en el
Autódromo con el Spark.
Se recomienda solicitar la revisión técnica de las lámparas antiniebla del Spark. En
este proyecto se hicieron funcionar gracias a que se conectó un multímetro en serie
para encenderlas, pero si se intentan encender con el interruptor no funcionan.
Se recomienda tratar de usar un circuito que sea lo más recto posible, ya que las curvas
del circuito del Autódromo obligan al conductor a reducir la velocidad por seguridad
y eso afecta toda la prueba dinámica.
Se recomienda desarrollar algún mecanismo de generación de energía eléctrica
adicional para entregar ya sea a los dispositivos eléctricos independientes o a la
batería para cubrir la demanda eléctrica total del vehículo.
55
7. REFERENCIAS
Aguilera Nieves, A. (2011). Mantenimiento de instalaciones solares fotovoltaicas. Editorial
Vértice.
Ariza Elena, J. (2010). UF1101: Mantenimiento del sistema de carga con alternador. TMVG0209.
ic Editoria.
Auterra. (2010). DashDyno SPD User Guide.
Bosch, R. (2017). Manual de la técnica del automovil. Barcelona: Editoria REVERTE S.A.
Cruz Moreno, J. E., Escorcia Quiroga, K. M., & Alvaréz Ojeda, R. A. (2016). Caracterización
consumo energia eléctrica vehículo convencional en las condiciones de Bogotá. Bogotá.
Fluke. (2015). 374 FC/375 FC/376 FC User Manual. U.S.A.
General Motors. (s.f.). Manual de Taller Chevrolet Spark . Europa.
Harry Crouse, W. (1993). Mecánica del Automovil. España: Marcombo.
M. Gilmore, C. (2006). Instrumentos de Medida Eléctrica. New York: McGraw Hill.
SAE International. (2008). Fuel Economy Measurement Road Test Procedure J1082.
Torrente Artero, O. (2013). ARDUINO Curso Práctico de Formación. Madrid: RC Libros.
56
ANEXOS
A.1 Comportamiento del alternador
Al ser el alternador dependiente del motor, el comportamiento que el alternador tiene con
respecto al desempeño del motor puede variar dependiendo del torque y la velocidad angular
entregador por el motor al alternador. A partir de esto, mediante la correcta experimentación
es posible realizar curvas características de la generación eléctrica de un alternador a partir
del número de revoluciones y de la corriente generada por este:
Figura 34 Curva característica de un alternador asumiendo condición estática del vehículo. (Ariza Elena, 2010)
A partir de la figura 9, se puede apreciar que, con el incremento de revoluciones del motor,
el alternador es capaz de entregar mayor corriente y por tanto puede entregar mayor potencia
eléctrica al vehículo. Estas curvas son propias de un alternador en específico, y estas curvas
se determinan a partir de un banco de pruebas especializado para determinar si el alternador
es capaz de suplir la demanda eléctrica de los dispositivos eléctricos tanto en condición de
ralentí como en movimiento. Para esto se requiere revisar el consumo eléctrico de los
dispositivos eléctricos que dependen del funcionamiento del motor y los que son
independientes del motor, lo cual es uno de los objetivos de este proyecto.
57
Por otra parte, se conoce que un motor eléctrico puede funcionar como generador de energía
si en vez de aplicar un flujo de corriente por los bornes para hacer rotar el eje, se hace rotar
el eje con algún mecanismo de giro para arrojar corriente por los bornes. El proceso inverso
de generación de energía no tiene el mismo desempeño energético dado que el motor
eléctrico no se diseñó para tal propósito. Sin embargo, el proceso de funcionamiento es
similar, por lo que es válido estudiar el comportamiento del alternador desde el punto de vista
de un motor eléctrico inverso. Esto se utiliza para entender el comportamiento de la
generación de energía del alternador cuando el vehículo se encuentra en movimiento.
A.2 Descripción de los Dispositivos Electicos del Chevrolet Spark.
Con el avance tecnológico, la implementación, mejora y complejidad de los dispositivos
eléctricos asociados a un vehículo es cada vez mayor. Antiguamente un vehículo cuyo
modelo sea anterior al 2000 solo tenía dispositivos eléctricos básicos como la ventilación, el
radio, luces, limpiaparabrisas y los dispositivos importantes que funcionan con el motor
como la bomba hidráulica de la refrigeración, la ventilación del motor, la bomba de gasolina
entre otros. Hoy en día hay vehículos que, dependiendo del fabricante, poseen muchos
dispositivos electrónicos que son usados en su mayoría para satisfacer las necesidades de los
pasajeros, ofrecer una mejor experiencia de entretenimiento durante un viaje o mejorar el
desempeño mecánico del vehículo. Sin embargo, es de gran importancia aclarar cuáles de
esos dispositivos son dependientes del funcionamiento del motor y cuales son independientes
de este para poder determinar cuáles de estos dispositivos requieren un consumo obligatorio
de energía eléctrica y cuales no requieren de este consumo obligatorio, pero que pueden
demandar gran parte de la energía que debe suplir el alternador para su uso. En este caso solo
se nombrarán los dispositivos eléctricos identificados que tiene el Chevrolet Spark de la
Universidad de los Andes.
Dispositivos eléctricos dependientes del funcionamiento del motor
Son aquellos dispositivos que son necesarios para que el vehículo pueda funcionar. Sin estos
dispositivos el vehículo tendría problemas de funcionamiento o simplemente no funcionaria.
Como la identificación de estos dispositivos puede ser algo difícil ya que no están a simple
vista o no se pueden reconocer, se utilizó el manual de taller del Chevrolet Spark para conocer
en detalle los sistemas activados durante el funcionamiento del vehículo. De esta manera se
58
puede apreciar en mejor detalle estos dispositivos. Hay que aclarar que no todos los
dispositivos dependientes del funcionamiento del motor funcionan de la misma manera. En
esta sección se excluirá el alternador ya que fue explicado en una sección previa.
Sistema de arranque (motor eléctrico, distribuidor, bujías)
Sistema de combustible (bomba de gasolina, inyectores de gasolina, reguladores
etc.)
Sistema de generación de energía (alternador)
Sistema de almacenamiento de energía (batería)
Sistema de refrigeración del motor (ventilación)
Instrumentos de control y auxiliares.
Sistema de arranque
Para empezar, dispositivos de funcionamiento parcial como el motor de arranque solo
funciona durante el encendido del vehículo cuando la llave se encuentra en la posición
“Start”. Este motor tiene en el eje un piñón. Cuando recibe energía eléctrica de la batería, el
eje junto con el piñón se mueve en cierta dirección para engranar con la corona dentada del
volante de inercia gracias a un solenoide (electroimán) y hacerlo girar a un mínimo de 50
RPM. De esta manera, el cigüeñal que está unido al volante se mueve para iniciar el ciclo de
combustión. Una vez el volante gira más rápido que el piñón, el eje vuelve a su posición
original por el solenoide para evitar daños por exceso de revoluciones. Este motor eléctrico
es el dispositivo que más exige energía eléctrica en todo el vehículo, ya que puede consumir
de la batería hasta 360 amperios en solo tres segundos debido a que debe someterse a una
gran sobrecarga en corto tiempo comparado con su tamaño (Harry Crouse, 1993)
Por otra parte, el ciclo de combustión del motor es un proceso sincronizado, en el que la
combustión entre la mezcla aire-combustible ocurre justo en el momento preciso gracias a
las bujías, las cuales reciben energía eléctrica del distribuidor, a su vez alimentado por la
bobina de arranque que se alimenta de la batería. El distribuidor es un dispositivo eléctrico
que funciona continuamente desde el arranque del motor. Este dispositivo es de
funcionamiento continuo y como su nombre lo indica, su función principal es distribuir la
energía eléctrica a las bujías de manera parcial siguiendo un orden sincronizado, mediante
59
un eje y una leva la cual se encarga de cerrar el circuito entre la bobina alimentada por la
batería y la bujía. Este dispositivo es el que hace que el funcionamiento de las bujías sea
parcial y la frecuencia de la chispa depende del ciclo de conducción. (Bosch, 2017)
Sistema de combustible.
El sistema de combustible consta de muchos elementos que permiten admisión sincronizada
y controlada de la mezcla aire-combustible en la cámara de combustión para el
funcionamiento del motor. En los vehículos modernos se implementaron inyectores para
reemplazar los carburadores. Estos inyectores también son eléctricos y también requieren
energía eléctrica para su funcionamiento. Dependiendo del vehículo y el tipo de motor, hay
diferentes tipos de inyectores y diferentes formas de hacer que los inyectores alimenten las
cámaras de combustión, con el fin de mejorar el desempeño mecánico del vehículo. De la
misma manera que el distribuidor y las bujías, el sistema de combustible también tiene su
parte de funcionamiento continuo y parcial para el ciclo de combustión. (Bosch, 2017)
Sistema de almacenamiento de energía
La batería es el principal almacenador de energía. Sin la batería, no sería posible arrancar el
motor, ya que la batería durante el arranque entrega energía a todos los elementos que
requieran energía eléctrica para iniciar el ciclo de combustión. Su principal fuente de
alimentación es el alternador mediante un cable único que va de la salida positiva del
alternador al borne positivo de la batería. De la batería por el mismo cable de alimentación
sale otro hacia la caja de fusibles de la zona del motor y después hacia los dispositivos
eléctricos. El funcionamiento de la batería es de carácter químico, en el que las celdas están
constituidas por un acumulador que por lo general tiene nueve placas: cinco negativas y
cuatro positivas, unidas de manera alterna por medio de un puente. Cada una de las partes de
la batería está en un compartimento con una solución electrolítica que se compone de agua
destilada y ácido sulfúrico, por lo que, al combinar esta disolución con las distintas placas de
plomo, se produce una reacción química que genera corriente eléctrica. Cuando
administramos electricidad a la batería, el proceso se invierte haciendo volver el sulfato desde
las placas hasta el electrolito (Bosch, 2017). La batería tiene un voltaje, capacidad y corriente
de arranque en frio (CCV), los cuales varían dependiendo de la demanda energética del
vehículo. Normalmente si un vehículo tiene un motor más grande, es importante que la
60
batería sea capaz de suplir dicha demanda energética, por lo que puede haber baterías de 24V,
con capacidad de 235 Ah o más, con una corriente de arranque en frio bastante alta. En los
vehículos convencionales, particularmente el Chevrolet Spark, tiene una batería de 12V, con
una capacidad de 35 Ah y un CCV de 275.
Sistema de refrigeración del motor
Las maquinas que utilizan algún proceso termodinámico suelen desprender energía en forma
de calor como consecuencia de la perdida de conversión de energía. En algunas máquinas
esta disipación de energía en calor no representa ningún problema ya que esta energía es
bastante baja o la carga a la cual es sometida esa máquina es reducida. Sin embargo, en los
motores de combustión interna el incremento de temperatura por la reacción química
producida dentro del motor es un factor que no puede ser eliminado, pero debe ser controlado,
ya que un exceso de temperatura puede provocar que el motor se sobrecaliente y los
componentes internos del motor se dañen por completo.
Para evitar este sobrecalentamiento, se utiliza un sistema de refrigeración en el que un líquido
refrigerante (R-134-a, agua, aceite, aire) circula de manera forzada por el bloque del motor
gracias a una bomba centrifuga impulsada por el cigüeñal a través de una correa (igual que
el alternador). Para disipar el calor que el líquido refrigerante tomó del bloque del motor, el
refrigerante pasa por el radiador, un intercambiador de calor en el que el refrigerante es
enfriado por convección forzada de aire gracias a un ventilador. En algunos vehículos este
ventilador es impulsado directamente por el cigüeñal a través de correas y poleas, sin
embargo, en otros vehículos como el Spark este ventilador es accionado por un motor
eléctrico el cual se activa automáticamente cuando la temperatura del refrigerante dentro del
motor alcanza 93°C y se apaga de la misma manera cuando la temperatura desciende a 82°C.
(Harry Crouse, 1993)
Sistema de iluminación y auxiliares
Finalmente, los sistemas de iluminación y auxiliares son aquellos dispositivos que se activan
de manera automática y funcionan bajo ciertas condiciones, en su mayoría de carácter
dinámicas, para que el vehículo sea más seguro para los usuarios durante su manipulación.
Son bastantes sistemas los que operan en “segundo plano” por lo que simplemente serán
61
nombrados en esta sección a manera de ilustrar al lector sobre la existencia de estos en los
vehículos convencionales.
Dispositivos independientes del funcionamiento del motor
Son aquellos dispositivos que no son necesarios para que el vehículo funcione. Puede que, si
el sistema de refrigeración falla, el vehículo se recaliente y deje de funcionar. Sin embargo,
si el radio o la luz interior de la cabina no funcionan, el vehículo sigue funcionando sin ningún
problema. A diferencia de los dispositivos dependientes, estos dispositivos están a la vista y
pueden ser identificados y clasificados fácilmente. Otra de las diferencias con respecto a los
dependientes es que estos dispositivos pueden ser manipulados por el usuario del vehículo
en cuanto a encendido e intensidad en su funcionamiento. A continuación, se ilustran todos
los dispositivos independientes del Chevrolet Spark identificados y en cada uno se mostrará
una breve descripción de su funcionamiento.
Iluminación interna y externa del vehículo.
Lámparas frontales.
Luces estacionarias/de giro
Lámpara interior de la cabina.
Lámpara reversa.
Lámpara freno.
Ventilación interna del vehículo.
Ventilación.
Calefacción.
Aire Frio.
Aire Acondicionado.
Sistema de limpieza de parabrisas:
Limpiaparabrisas frontales
Limpiaparabrisas trasero
Aspersores de agua delanteros y trasero
Bocina
Radio
Ventanas eléctricas.
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Ventana eléctrica piloto
Ventana eléctrica copiloto
Desempañador del parabrisas trasero
Lámparas frontales
Figura 35 Esquema Chevrolet Spark lámparas frontales
Son las lámparas que se encuentran la parte frontal del vehículo en los costados.
Normalmente son dos lámparas las cuales están conectadas entre sí en paralelo para cubrir
mayor área de iluminación en la parte delantera del vehículo. Estas lámparas pueden tomar
energía tanto del alternador como de la batería si el vehículo se encuentra con el motor
apagado. Estas lámparas son de largo alcance y normalmente se utilizan cuando el campo
visual del piloto en calle/carretera es reducido, es decir, cuando se usa el vehículo en zonas
con baja luminosidad y/o con lluvia intensa. Esto con el fin de que los demás conductores
que compartan la vía en sentido contrario se percaten de la presencia de los otros vehículos
durante el trayecto y evitar accidentes ya que la visibilidad del piloto en estas condiciones es
muy baja. Estas lámparas frontales se pueden usar en dos modalidades:
Lámparas delanteras bajas: El interruptor se gira y se coloca en la parte superior
para encender las luces en modo bajo. Con este modo el piloto es capaz de observar
como tal la parte inferior del campo visual. Esto se requiere cuando se necesita
observar detalles u objetos con un tamaño inferior para ser evadidos durante el
recorrido. La consecuencia de usar esta modalidad es que el campo visual en la parte
alta de la carretera se reduce considerablemente.
63
Lámparas delanteras altas: En esta modalidad se puede tener un campo visual más
largo en la parte alta de la carretera. Esto con el fin de poder observar más a la lejanía.
La consecuencia de usar esta modalidad es que el campo visual en la parte baja se
reduce. Se puede activar esta modalidad de dos maneras:
Si se mueve la palanca completa hacia adelante, esta se queda en esa posición las
luces altas quedan fijas. Para que esto funcione, se debe primero encender las luces
bajas y después mover la palanca hacia adelante. Por otra parte, si dicha palanca se
mueve por completo hacia atrás, las lámparas altas también se activarán. La diferencia
es que estas lámparas se activaran siempre y cuando el piloto mantenga la palanca en
esa posición de forma manual. Si el piloto suelta la palanca, esta volverá a su posición
original y las lámparas altas se desactivarán. En esta modalidad no es necesario
encender primero las lámparas bajas.
El consumo de energía de las lámparas frontales en general es que carácter constante, es
decir, su potencia asociada no varía con el tiempo.
Lámparas estacionarias/de giro
Figura 36 Luces Estacionarias
Las lámparas estacionarias funcionan de manera intermitente. Esto ocurre gracias a un par
de láminas bimetálicas las cuales entran en contacto cuando una de ellas recibe la energía de
la batería y/o el alternador dependiendo de si el vehículo se encuentra encendido o apagado.
Cuando una de las láminas recibe energía, se calienta y se dilata de manera que entra en
contacto con la otra lamina. Cuando esto pasa, las dos láminas cierran el circuito para que la
energía fluya hacia los bombillos. Cuando la primera lamina termina de entregar la energía,
64
se enfría y vuelve a su posición inicial hasta que vuelve a recibir energía y se dilata. Este
proceso de cerrar y abrir el circuito es la característica principal que hace que las lámparas
sean intermitentes. Esto se hace con el fin de que estas lámparas sean para dar un aviso visual
a los vehículos cercanos de un posible giro hacia una dirección o que el vehículo se encuentra
estacionado. Como su funcionamiento es intermitente, el consumo de energía es variable en
el tiempo.
Lámpara Interior de la Cabina
Figura 37 Lámpara Interior de la Cabina
Esta lámpara se encuentra en el techo del interior del auto, justo en medio del piloto y el
copiloto. La única función de esta lámpara es iluminar el interior de la cabina. Esta lámpara
es bastante útil cuando el vehículo se encuentra en una zona oscura (como un parqueadero
subterráneo) y los pasajeros necesitan tener luz dentro del vehículo. Esta lámpara tiene tres
modalidades: en la posición ON se mantiene encendida todo el tiempo, en la posición donde
se encuentra el punto justo en la mitad, la luz solo se enciende cuando al menos una de las
puertas está abierta. A veces los usuarios se pueden percatar de que una puerta quedó mal
cerrada si al cerrar la puerta la lámpara sigue encendida. En la posición OFF la lámpara
mantiene siempre apagada. El funcionamiento de este dispositivo es de carácter constante,
por lo que su consumo eléctrico también es constante.
65
Lámpara Reversa
Figura 38 Ubicación Lámpara Reversa
La lámpara de reversa está ubicada en la parte posterior del vehículo, específicamente en el
bumper. Se activa solo cuando la palanca de la caja automática se posiciona en “R” la cual
es la primera inicial de “Reversa” o “Reverse” en inglés. Esta lámpara tiene la función de dar
aviso a los vehículos cercanos que el vehículo va a dar marcha hacia atrás, para evitar un
choque entre vehículos. El funcionamiento de esta lámpara es de carácter constante, por lo
que su consumo es constante en el tiempo siempre y cuando el vehículo permanezca quieto.
De lo contrario, al acelerar para dar marcha al vehículo, el alternador entregará más energía
a la bomba de inyección de gasolina y a las bujías.
Figura 39 Palanca caja automática
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Lámpara Freno
Figura 40 Ubicación de las lámparas del freno
Las lámparas de los frenos se encuentran en la parte posterior del vehículo. En la mayoría de
vehículos suelen ser dos lámparas las cuales están conectadas en paralelo. Las lámparas se
encienden cuando las luces delanteras están encendidas, con la finalidad de que el vehículo
tenga también iluminación para señalar en la parte posterior. Esto con el fin de percatar a los
conductores que van detrás del vehículo. Por otra parte, si el conductor oprime el pedal del
freno, las lámparas del freno se activarán siempre y cuando el conductor mantenga el pie
presionando el pedal. Cuando las luces delanteras están encendidas y se oprime el pedal del
freno, la intensidad de estas lámparas aumenta, para dar aviso a los conductores que viajan
atrás del vehículo que el vehículo está frenando, nuevamente para evitar un choque
indeseado. Estas lámparas tienen un consumo de energía constante.
Figura 41 Tablero de testigos del vehículo.
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Ventilación interna del vehículo
La ventilación interna del vehículo hace referencia al sistema eléctrico que impulsa aire
dentro del vehículo para nivelar la temperatura interna del vehículo al gusto de los usuarios
que se encuentren dentro del vehículo. Normalmente la ventilación se utiliza como
calefacción si el ambiente exterior es frio o se usa el aire acondicionado si el ambiente
exterior es caliente. Esta ventilación se puede utilizar en 4 intensidades siendo 1 la más baja
y 4 la más alta, así como también se puede decidir por cuales orificios sale el aire entregado
por este dispositivo. A continuación, se mencionará como opera la ventilación dependiendo
de la modalidad seleccionada.
Figura 42 Ventilación interna del vehículo (General Motors)
Figura 43 Tablero del sistema de control de la ventilación interna del vehículo.
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Figura 44 Diagrama de flujo de aire para la ventilación interna del vehículo. (General Motors)
Ventilador
Cuando la perilla se encuentra completamente vertical, solo esta accionado el ventilador del
vehículo, el cual puede hacer circular aire desde afuera del vehículo o recircular el aire
interno, dependiendo de la posición que se coloque en la perilla de control de temperatura.
La dirección deseada para circular el aire depende de la perilla de circulación de aire. Este
ventilador es de carácter eléctrico y su consumo eléctrico depende de la intensidad de la
velocidad que se coloque en la perilla de la velocidad de rotación del ventilador, donde 1 es
el más bajo y 4 es el más alto. Lo esperado es que, a mayor intensidad, el ventilador va a
consumir más energía eléctrica. Esta modalidad no suele ser tan utilizada como el aire
acondicionado o el calefactor.
Aire Frio y Calefactor
El calefactor es la modalidad en la que el aire entregado por el ventilador es caliente. Esto se
suele usar cuando la temperatura en el vehículo es demasiado baja y se quiere nivelar, por lo
que circular aire caliente por el vehículo es la solución para esta situación. Por otra parte, la
calefacción también se utiliza para desempañar el parabrisas y las ventanas laterales. La
calefacción funciona gracias a un módulo en la parte del motor por donde circula el
refrigerante caliente que viene del motor en forma de mini radiador. Cuando se activa la
calefacción, el aire forzado por el ventilador se desvía por el modulo realizando convección
forzada con en refrigerante para calentar el aire y de esa manera sale hacia el interior del
69
vehículo. Algunos vehículos más sofisticados utilizan una resistencia eléctrica en vez del
refrigerante para calentar el aire. Gracias a que la calefacción funciona con el refrigerante del
motor, en cierto modo esta modalidad de ventilación es dependiente del motor, ya que, si el
motor está apagado, no puede circular el refrigerante caliente, por lo que no habría aire
caliente. Según el manual de taller, el calefactor alcanza una potencia calorífica máxima de
7 300 cal/h. Por otra parte, el aire frio es el aire que pasa por convección forzada por el
refrigerante frio.
Aire Acondicionado
El aire acondicionado es un sistema más complejo, ya que involucra más sistemas mecánicos
como un compresor, un condensador, una válvula de expansión y un evaporador para su
funcionamiento. El aire acondicionado se activa cuando la perilla de control de temperatura
se encuentra en la posición de aire frio y se activa el botón A/C. Si se intenta presionar el
botón sin que la perilla de temperatura esté en la posición de aire frio, el botón no funciona
y el sistema de aire acondicionado no se activa.
Figura 45 Diagrama del flujo del refrigerante para el aire acondicionado (General Motors)
El refrigerante que circula por el sistema del aire acondicionado es el R-134a. El compresor
utilizado en este sistema gira directamente por el cigüeñal del motor por medio de una correa
y un par de poleas, igual que el alternador. Adicionalmente, el compresor pone una carga
extra al motor, lo que hace que el ventilador eléctrico del sistema de refrigeración se encienda
junto con el aire acondicionado independiente de la temperatura del refrigerante dentro del
motor. Esto quiere decir que el aire acondicionado en parte es dependiente del motor y de su
70
funcionamiento. El funcionamiento del aire acondicionado es constante en ralentí, pero
puede variar si se alteran las revoluciones del motor, debido a que el compresor es movido
por el motor. Por lo tanto, el consumo eléctrico del aire acondicionado es en conjunto con la
refrigeración del motor.
Sistema de limpieza del parabrisas
Figura 46 Ubicación de los limpiaparabrisas (General Motors)
Los limpiaparabrisas son un conjunto mecánico de motores eléctricos y eslabones, los cuales
funcionan en conjunto para limpiar el parabrisas de cualquier suciedad que reduzca la
visibilidad del piloto en la parte frontal o posterior. Cuando llueve mucho o está nevando, los
limpiaparabrisas son muy útiles para quitar el agua posada del parabrisas. El encargado
principal de la limpieza directa son unas plumillas las cuales vienen incluidas en una
estructura sólida. Estas plumillas suelen ser de goma o caucho para evitar rayar o poner
bastante fricción en el parabrisas cuando está funcionando, lo que causa un ruido incómodo.
Además, un coeficiente de fricción muy alto entre las plumillas y el parabrisas genera que el
motor eléctrico realice más torque y requieran más consumo de energía. El mecanismo que
utiliza el Chevrolet Spark es la biela manivela de 4 barras en el que usa un solo motor
eléctrico. Las barras convierten el movimiento rotacional que aporta el motor en movimiento
armónico en las plumillas con el fin de que, en cada pasada, las plumillas limpien una y otra
vez el área sucia que coincide con el capo visual del conductor.
Los limpiaparabrisas tienen su propia palanca en la parte derecha del timón del conductor.
Este mecanismo maneja tres intensidades las cuales pueden ser escogidas moviendo la
palanca en sentido anti horario. En la intensidad “INT” los limpiaparabrisas se accionan
haciendo el recorrido de ida y vuelta una vez cada 4 segundos. Esta intensidad se usa cuando
hay poca lluvia y no hay mucha agua que quitar del parabrisas. Esta intensidad es intermitente
71
al igual que las luces estacionarias, por lo que el consumo es variable en el tiempo. La
intensidad “LO” y “HI” es la intensidad baja y alta respectivamente. Estas intensidades se
utilizan cuando la lluvia es más intensa y se requiere que los limpiaparabrisas limpien el agua
del parabrisas con más frecuencia para que el conductor tenga mayor visibilidad.
Adicionalmente, si se mueve la palanca hacia adelante, se activará el limpiaparabrisas trasero.
Este limpiaparabrisas es independiente de los del frente en cuanto a intensidad y activación.
El limpiaparabrisas trasero solo maneja una única intensidad y puede ser activado
independiente de si los limpiaparabrisas frontales están activados o no.
Para aportar una mayor limpieza al parabrisas, los vehículos cuentan con dos aspersores de
agua los cuales se encuentran en el capo del vehículo y la salida de estos aspersores apuntan
directamente al parabrisas. Los aspersores funcionan gracias a unas bombas hidráulicas
alimentadas por motores eléctricos que mueven el fluido hasta la boquilla, donde el fluido en
algunos vehículos se convierte en rocío o sale el chorro de agua completo o un poco de ambas
hacia el parabrisas para facilitar la limpieza de este. El funcionamiento de estos aspersores
está ligado al funcionamiento de los limpiaparabrisas, ya que, si se acciona la palanca hacia
atrás, los aspersores se activarán y automáticamente los limpiaparabrisas también se
activarán para completar el proceso de limpieza. Los aspersores me mantendrán activos
mientras el conductor mantenga la palanca en esa posición. Al igual que las luces altas, si
suelta la palanca, los aspersores se desactivarán y el limpiaparabrisas también lo hará. El
limpiaparabrisas trasero también tiene un aspersor y se activa si se mueve la palanca un poco
más hacia adelante. No sobra mencionar que la cantidad de agua que pueden arrojar los
aspersores es limitada. Si se llega a agotar el agua hay que recargar agua manualmente en la
tubería designada para tal propósito. Las especificaciones técnicas del Spark indican que solo
se puede usar agua para estos aspersores.
Finalmente, el consumo eléctrico de los limpiaparabrisas depende del torque que el motor
eléctrico tenga que suministrar a las barras para llevar a cabo el proceso de limpieza. Además,
durante el breve momento en que los plumones terminan la distancia de carrera, es ahí donde
el motor eléctrico genera más torque, por lo que el consumo en esos puntos es el máximo de
todo el funcionamiento de este sistema. Por lo tanto, su consumo es variable en el tiempo.
72
Los aspersores si funcionan de manera constante, por lo que tienen un consumo de energía
constante en el tiempo.
Bocina de alta frecuencia
Figura 47 Ubicación del interruptor de la bocina
Al oprimir el interruptor de la bocina que casi siempre se encuentra en el centro del volante,
el circuito de la bocina se cierra y la energía eléctrica llega aun electroimán, el cual flexiona
un diafragma interno y lo separa de los contactos del ruptor. Esto ocurre con una frecuencia
bastante alta, lo que ocasiona que se produzca un sonido bastante fuerte que parece constante
(Bosch, 2017). El tono de la bocina depende del material del que esté compuesto el disco de
tono. El consumo eléctrico de la bocina parece ser constante en el tiempo y la bocina es
comúnmente utilizada para dar un aviso auditivo a los demás vehículos cercanos que se
encuentren en la carretera o a los peatones que se encuentren en medio de la carretera.
Radio
Figura 48 Radio original que viene con el Chevrolet Spark
73
El radio es un dispositivo eléctrico cuyo único propósito es ofrecer entretenimiento auditivo
al conductor y pasajeros que se encuentran dentro del vehículo. Este dispositivo es
completamente eléctrico y no aporta ningún beneficio al vehículo. Este dispositivo se puede
utilizar cuando el interruptor de la llave del vehículo se encuentre en la posición “ACC” y
“ON”, lo que significa que el radio se puede usar cuando el vehículo está apagado, pero con
la llave dentro del interruptor. Muchos vehículos permiten que el radio funcione de esta
manera ya que el radio es el que menos consume energía eléctrica en el vehículo. Su consumo
de energía eléctrica depende solo del volumen que se desee en el vehículo, ya que, al
aumentar el volumen del radio, la resistencia que opone corriente a las bocinas internas del
vehículo disminuye, por lo que hay más flujo de corriente y hay más consumo. De la misma
manera, este radio tiene la ranura de casete para reproducir audio grabado. Los motores
eléctricos encargados de mover la cinta de casete aportan un consumo de energía extra.
Ventanas eléctricas delanteras
Figura 49 Ventanas eléctricas delanteras
Las ventanas eléctricas utilizan un mecanismo similar al de los limpiaparabrisas. Consta de
un motor eléctrico que mueve el cristal hacia arriba o hacia abajo dependiendo en qué
dirección se oprima el interruptor de dicha ventana eléctrica. El mecanismo consta de un
motor eléctrico y dicho mecanismo convierte el movimiento rotacional del eje del motor en
movimiento traslacional. Actualmente existen muchas maneras de lograr ese mecanismo, por
lo que no se entrará en detalles acerca de este. Para cambiar el sentido en el que gira el eje de
un motor, basta con invertir la polaridad de la corriente y de eso se encarga el interruptor de
las ventanas. Esto permite que la ventana pueda subir y bajar al gusto del usuario. Este Spark
74
solo tiene ventanas eléctricas en la silla del piloto y el copiloto. Las ventanas de atrás se suben
y se bajan por el mecanismo básico de manivela utilizado antes de la implementación de las
ventanas eléctricas a los vehículos. El consumo de energía eléctrica de las ventanas se puede
clasificar en dos tramos.
Mientras el cristal sube/baja: Cuando esto ocurre, hay un consumo de energía
eléctrica constante en el tiempo. El consumo puede depender de si el cristal de la
ventana está siendo frenado por las gomas que protegen el mecanismo de toda la
ventana y de la fuerza que tiene que aplicar para mover el peso de todo el mecanismo
y el cristal incluido ya que es un movimiento vertical. Si el motor tiene que hacer
mayor esfuerzo, tenga que tomar más potencia eléctrica de la batería y el alternador
para poder funcionar.
Si el cristal ya se encuentra en el límite del recorrido del cristal: Si el cristal ya se
encuentra en la máxima posición y el interruptor se mantiene activado, el motor
eléctrico estará dando su máxima potencia mecánica, por lo que deberá consumir una
cantidad enorme de electricidad que viene de la batería y/o el alternador. Se
recomienda no mantener presionado el interruptor cuando la ventana ya está en el
límite del recorrido.
Desempañador del parabrisas trasero
Figura 50 Ubicación del desempañador del parabrisas trasero
75
En los días lluviosos se utiliza el calefactor dirigido al parabrisas frontal para desempañarlo
debido a que la humedad se posa sobre él disminuyendo la visibilidad del conductor. Sin
embargo, el parabrisas trasero también se puede empañar disminuyendo la visibilidad y el
vehículo no está diseñado para enviar aire caliente a la parte de atrás. Para esos casos, se
puede activar el desempañador, el cual consta de unos cables muy finos los cuales están
colocados sobre el vidrio de ese parabrisas de manera horizontal, separados entre sí cierta
distancia. Cuando se activa, la corriente fluye por estos cables calentando el vidrio lo
suficiente para disminuir la humedad posada en el vidrio. Con esto se consigue mayor
visibilidad en caso de que el conductor necesite dar reversa o simplemente ver hacia atrás
para ver que vehículos se encuentran cerca. La corriente para reducir la humedad es lo
suficiente para su propósito, pero en realidad es bastante baja, lo que quiere decir que si
alguien toca los cables no corre el peligro de electrocutarse ni quemarse por el calor generado.
El consumo eléctrico de esos cables es constante y no dependen del motor. (Harry Crouse,
1993)
Posición de la llave de encendido
Es importante mencionar las posiciones de la llave de encendido, ya que muchos de estos
dispositivos pueden funcionan en la etapa antes del “START” como hay otros se solo
funcionan con el vehículo en funcionamiento, es decir, cuando la llave vuelve a la posición
de “ON” después de arrancar el motor.
“OFF”: Esta posición es cuando todos los sistemas del vehículo están apagados. Solo
unos cuantos dispositivos eléctricos independientes pueden funcionar gracias a la
energía que aporta la batería. Solo en esta posición se puede introducir y extraer la
llave de encendido, por lo que esta posición siempre será la inicial para encender el
vehículo y la final para pagarlo por completo.
“ACC”: En esta posición se pueden activar algunos dispositivos eléctricos
adicionales a los que se pueden activar cuando la llave del vehículo se encuentra en
la posición “OFF”. Nuevamente, solo la batería alimenta todos los dispositivos
eléctricos.
76
“ON”: En esta posición se pueden activar más dispositivos eléctricos independientes,
además de que se activan algunos dependientes como la bomba de inyección del
combustible, ya que es necesario presurizar el combustible para poder iniciar el ciclo
de combustión.
“START/IGN 1”: En esta posición se inicia el ciclo de combustión del motor. En
esta posición se cierra el circuito y la batería le entrega casi toda la corriente al motor
de arranque y al distribuidor para ello. Una vez que el motor comienza a girar y sus
revoluciones se estabilizan, el alternador comienza a girar gracias al motor y este le
devuelve a la batería la energía eléctrica gastada en el arranque. Cuando el motor ya
está estable, el conductor debe soltar la llave y ella automáticamente volverá a la
posición de “ON”. De lo contrario puede dañar el motor de arranque y/o la corona
dentada del volante de inercia. En el manual de taller del Chevrolet Spark esta
posición se conoce como “IGN 1”
“ON/IGN 2”: Cuando el motor ya está en marcha, la llave vuelve a “ON”. En el
manual de taller esta posición se conoce como “IGN2”. Comúnmente se conoce
también como un vehículo en “ralentí”. En esta posición se pueden encender todos
los dispositivos mencionados anteriormente. Si el conductor quiere apagar el motor,
debe girar la llave a la posición “ACC”. En esta posición es donde se realizan las
pruebas para cuantificar el consumo eléctrico del vehículo.
77
Finalmente, en la siguiente tabla se resumirá todos los elementos independientes del ciclo de
conducción:
Tabla 6 Resumen de los dispositivos eléctricos independientes
Dispositivo Eléctrico Consumo de
Energía
Parcialmente
dependiente del
motor/ciclo de
conducción
Se puede usar
desde la
siguiente
posición de la
llave
Lámparas frontales Constante No ON
Lámparas estacionarias/de giro Variable No OFF
Lámpara interior de la cabina. Constante No OFF
Lámpara reversa. Constante Si ON
Lámpara freno Constante Si ACC
Ventilación. Constante No ACC
Calefacción Constante Si ON/IGN 2
Aire Frio. Constante Si ON/IGN 2
Aire Acondicionado Constante Si ON/IGN 2
Limpiaparabrisas frontales Variable No ON
Limpiaparabrisas trasero Variable No ON
Aspersores de agua delanteros y
trasero Constante No ON
Bocina Constante No OFF
Radio Variable No ACC
Ventana eléctrica piloto/copiloto Variable No ON/IGN 1
Desempañador Constante No ACC
A.3 Sistemas y Especificaciones Adicionales del Chevrolet Spark
Figura 51 Sistema de Combustible del Chevrolet Spark (General Motors)
Figura 52 Sistema de Enfriamiento Chevrolet Spark (General Motors)
78
Figura 53 Sistema de encendido del Chevrolet Spark (General Motors)
Figura 54 Especificaciones generales del Chevrolet Spark (General Motors)
79
Figura 55 Curva característica de Torque-Potencia Mecánica del Chevrolet Spark (General Motors)
A.4 Resultados Individuales de la Prueba Estática
Tabla 7 Potencia asociada a los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo con batería.
Dispositivo Eléctrico/Modo Potencia Asociada
Promedio [W] Inc. Total
Lamp. Frontales Altas 120,7 25,65
Lamp. Frontales Bajas 105,1 27,69
Lamp Reversa 20,07 10,25
Lamp. estacionarias 58,36 68,31
Lamp. Freno 42,65 19,54
Lamp Interior del techo 8,537 5,022
Ventilador Max 87,39 21,46
Calefacción Max 81,41 38,21
Aire Frio Max 94,45 34,86
A/C Max 94,34 17,90
Desempañador 84,7 10,52
Radio 10,4 25,83
Aspersores 21,75 9,400
Limp. Lo 26,86 16,77
Limp. Int 37,66 25,86
Limp. trasero 40,54 23,56
Limp. Hi 51,06 17,26
Ventana Eléctrica Piloto 144,8 17,26
Ventana Eléctrica Copiloto 146,3 16,00
Ventanas Eléctricas 256,4 48,54
Bocina 31,38 10,20
80
Tabla 8 Potencia asociada a todos los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo con alternador.
Dispositivo Eléctrico/Modo Potencia
Asociada [W] Inc. Total [W]
Lamp. Frontales Altas 149,1 81,3
Lamp. Frontales Bajas 127,5 93,8
Lamp Reversa 24,20 25,0
Lamp. estacionarias 72,30 84,3
Lamp. Freno 56,60 65,7
Lamp Interior del techo 10,50 37,0
Ventilador Max 129,8 67,2
Calefacción Max 115,2 68,6
Aire Frio Max 145,0 50,9
A/C Max 253,8 33,9
Refrigeración 100,4 54,4
Desempañador 111,1 39,8
Radio 15,10 41,8
Aspersores 11,20 25,4
Limp. Lo 47,10 32,8
Limp. Int 16,40 41,9
Limp. trasero 16,70 39,6
Limp. Hi 77,10 33,3
Ventana Eléctrica Piloto 206,5 33,3
Ventana Eléctrica Copiloto 203,5 72,8
Ventanas Eléctricas 230,0 64,5
Bocina 38,48 18,0
81
Tabla 9 Potencia asociada de todos los dispositivos eléctricos independientes alimentados con el conjunto batería-
alternador.
Dispositivo Eléctrico/Modo Potencia
Asociada [W] Inc. Total [W]
Lamp. Frontales Altas 141.2 31,45
Lamp. Frontales Bajas 117,9 36,87
Lamp Reversa 21,89 10,35
Lamp. estacionarias 68,17 74,31
Lamp. Freno 51,81 15,35
Lamp Interior del techo 9,12 4,650
Ventilador Max 126,4 27,36
Calefacción Max 115,1 38,65
Aire Frio Max 136,2 40,86
A/C Max 244,8 23,9
Refrigeración 97,45 24,63
Desempañador 111,8 15,54
Radio 16,01 31,83
Aspersores 10,90 5,000
Limp. Lo 47,19 22,77
Limp. Int 19,03 31,86
Limp. trasero 18,53 9,253
Limp. Hi 70,07 23,26
Ventana Eléctrica Piloto 196,5 23,26
Ventana Eléctrica Copiloto 198,5 62,82
Ventanas Eléctricas 212,7 54,54
Bocina 39,60 8,000
Iluminación interna y externa del vehículo.
Tabla 10 Datos de la Iluminación interna y externa del vehículo (solo batería)
Dispositivo
Eléctrico
Voltaje
Base[V]
Corriente
Base [A]
Potencia
Base[W]
Voltaje
Medido
Promedio
[V]
Corriente
Medido
Promedio
[A]
Potencia
Eléctrica
Promedio
[W]
Potencia
Asociada
Promedio
[W]
Lamp. Front. Alta 12,4 3,10 38,4 11,9 13,4 159 121
Lamp. Front. Baja 12,6 3,12 39,5 12,2 11,8 145 105
Lamp. Estación. 12,3 2,46 30,4 12,1 7,35 88,7 58,4
Lamp. Antini. 12,4 0,40 4,96 12,3 4,60 56,6 51,6
Lamp. Freno 12,4 0,40 4,94 12,3 3,86 47,6 42,6
Lamp. Reversa 12,5 3,14 39,1 12,3 4,80 59,2 20,1
Lamp. Interior 12,4 0,40 4,94 12,4 1,09 13,5 8,54
82
Figura 56 Iluminación interna y externa del vehículo alimentada solo con batería
Ventilación interna del vehículo
Tabla 11 Datos de la ventilación interna del vehículo (solo batería)
Dispositivo
Eléctrico
Voltaje
Base[V]
Corriente
Base [A]
Potencia
Base[W]
Voltaje
Medido
Promedio
[V]
Corriente
Medido
Promedio
[A]
Potencia
Eléctrica
Promedio
[W]
Potencia
Asociada
Promedio
[W]
Ventilador V1 12,7 2,50 31,6 12,5 4,74 59,2 27,6
Ventilador V2 12,7 2,50 31,6 12,4 5,87 72,7 41,0
Ventilador V3 12,7 2,50 31,6 12,2 7,55 92,1 60,5
Ventilador V4 12,7 2,50 31,6 12,0 9,92 119 87,4
Calefacción V1 12,3 2,48 30,5 12,1 4,56 55,3 24,9
Calefacción V2 12,3 2,48 30,5 12,1 5,60 67,9 37,4
Calefacción V3 12,3 2,48 30,5 12,0 7,13 85,8 55,3
Calefacción V4 12,3 2,48 30,5 12,0 9,36 112 81,4
Aire Frio V1 12,4 3,10 38,3 12,2 5,40 65,9 27,6
Aire Frio V2 12,4 3,10 38,3 12,1 6,49 78,5 40,2
Aire Frio V3 12,4 3,10 38,3 12,0 8,30 99,6 61,2
Aire Frio V4 12,4 3,10 38,3 11,9 11,2 133 94,5
A/C V1 12,2 3,10 37,8 12,1 5,30 64,1 26,3
A/C V2 12,2 3,10 37,8 12,0 6,47 77,8 40,0
A/C V3 12,2 3,10 37,8 12,0 8,30 99,3 61,4
A/C V4 12,2 3,10 37,8 11,8 11,2 132 94,3
Figura 57 Consumo eléctrico del motor eléctrico del sistema de ventilación alimentado solo por la batería
121105,1
58,451,6
42,620,1
8,5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Lamp. Frontal AltaLamp. Frontal BajaLuces estacionarias
Lamp. AntinieblaLamp. Freno
Lamp. ReversaLamp. Interior
Potencia asociada [W]
89
59,6
39,6
26,6
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Ventilador V4
Ventilador V3
Ventilador V2
Ventilador V1
Potencia asociada [W]
83
Sistema de limpieza del parabrisas
Tabla 12 Datos del sistema de limpieza del parabrisas (solo batería)
Dispositivo
Eléctrico
Voltaje
Base[V]
Corriente
Base [A]
Potencia
Base [W]
Voltaje
Medido
Promedio
[V]
Corriente
Medido
Promedio
[A]
Potencia
Eléctrica
Promedio
[W]
Potencia
Asociada
Promedio
[W]
Limp. Int 12,3 2,50 30,8 12,3 4,70 57,6 26,9
Limp. Lo 12,3 2,50 30,7 12,2 4,31 52,5 21,8
Limp. Hi 12,3 2,45 30,1 12,1 5,83 70,7 40,5
Limp. trasero 12,8 2,50 32,0 12,3 5,67 69,6 37,7
Aspersores 12,3 2,50 30,8 12,1 3,41 41,4 10,5
Figura 58 Sistema de limpieza del parabrisas
Ventanas eléctricas
Tabla 13 Datos de las ventanas eléctricas (solo batería)
Dispositivo Eléctrico Voltaje
Base[V]
Corriente
Base [A]
Potencia
Base[W]
Voltaje
Medido
Promedio
[V]
Corriente
Medido
Promedio
[A]
Potencia
Eléctrica
Promedio
[W]
Potencia
Asociada
Promedio
[W]
Vent. Eléct. piloto 12,2 3,08 37,4 11,6 15,7 182 145
Vent. Eléct. copiloto 12,3 3,08 37,9 11,6 14,8 172 134
Ventanas Eléctricas 12,5 3,10 38,9 11,5 25,7 295 256
Figura 59 Ventanas eléctricas alimentadas solo por la batería
Radio, bocina y desempañador
Tabla 14 Dispositivos eléctricos restantes (solo batería)
41
37,7
26,9
21,8
10,5
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Limp. Hi
Limp. trasero
Limp. Int
Limp. Lo
Aspersores
Potencia asociada [W]
256
145
134
0 50 100 150 200 250 300
Ventanas Electricas
Vent. electrica piloto
Vent. electrica copiloto
Potencia asociada [W]
84
Dispositivo
Eléctrico
Voltaje
Base[V]
Corriente
Base [A]
Potencia
Base [W]
Voltaje
Medido
Promedio
[V]
Corriente
Medido
Promedio
[A]
Potencia
Eléctrica
Promedio
[W]
Potencia
Asociada
Promedio
[W]
Desempañador 12,2 3,10 37,4 11,9 10,3 122 84,7
Radio 12,3 2,60 32,0 12,2 3,48 42,4 10,4
Bocina 12,4 0,40 4,94 12,4 2,93 36,3 31,4
Figura 60 Todos los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo con la batería
Iluminación interna y externa del vehículo
Tabla 15 Datos de la Iluminación interna y externa del vehículo (solo alternador)
Dispositivo
Eléctrico
Voltaje
Base
[V]
Corriente
Base [A]
Potencia
Base [W]
Voltaje
Medido
Promedio
[V]
Corriente
Medido
Promedio
[A]
Potencia
Eléctrica
Promedio
[W]
Potencia
Asociada
[W]
Lamp. Front. Altas 14,3 8,70 124 13,9 19,6 273 149
85
31,4
10,4
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Desempañador
Bocina
Radio
Potencia asociada [W]
256
144,8
133,8
120,7
105,1
94,5
84,7
58,4
51,6
42,6
40,5
37,7
31,4
26,9
21,8
20,1
10,5
10,4
8,5
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275
Ventanas Electricas
Vent. Electrica Piloto
Vent. electrica copiloto
Lamp. Frontal Alta
Lapm. Frontal Baja
Ventilador V4
Desempañador
Luces estacionarias
Lamp. Antiniebla
Lamp. Freno
Limp. Hi
Limp. trasero
Bocina
Limp. Int
Limp. Lo
Lamp. Reversa
Aspersores de Agua
Radio
Lamp. Interior
Potencia asociada [W]
85
Lamp. Front. Bajas 14,4 8,72 125 14,1 18,0 253 128
Lamp. Reversa 14,5 8,80 128 14,4 10,6 152 24,2
Luces estacio. 14,4 8,80 127 14,3 14,0 199 72,3
Lamp. Freno 14,5 8,50 123 14,2 12,6 180 56,6
Lamp. Int. techo 14,6 8,50 124 14,5 9,3 134 10,5
Lamp. Antiniebla 14,6 8,60 125 14,2 12,9 183 58,2
Figura 61 Iluminación interna y externa del vehículo alimentada solo con el alternador
Ventilación interna del vehículo
Tabla 16 Datos de la Iluminación interna y externa del vehículo (solo alternador)
Dispositivo
Eléctrico
Voltaje
Base [V]
Corriente
Base [A]
Potencia
Base [W]
Voltaje
Medido
Promedio
[V]
Corriente
Medido
Promedio
[A]
Potencia
Eléctrica
Promedio
[W]
Potencia
Asociada
[W]
Ventilador V1 14,5 9,01 131 14,4 11,5 166 34,9
Ventilador V2 14,4 9,21 133 14,3 13,1 188 54,9
Ventilador V3 14,5 9,23 134 14,2 15,3 218 83,5
Ventilador V4 14,5 9,00 131 14,1 18,5 260 130
Calefacción V1 14,5 9,30 135 14,4 11,7 168 33,9
Calefacción V2 14,5 9,32 136 14,4 13,1 188 52,4
Calefacción V3 14,5 9,39 136 14,4 15,0 216 79,5
Calefacción V4 14,5 8,58 124 14,1 16,9 239 115
Aire Frio V1 14,6 9,40 137 14,3 12,0 171 33,7
Aire Frio V2 14,6 9,00 131 14,4 13,1 189 58,3
Aire Frio V3 14,5 9,40 137 14,2 15,7 223 86,6
Aire Frio V4 14,3 8,58 123 14,1 19,0 268 145
A/C V1 14,3 9,50 136 13,9 22,6 314 177
A/C V2 14,4 9,61 138 13,8 23,8 329 190
A/C V3 14,6 9,60 140 13,6 25,7 350 210
A/C V4 14,5 8,60 125 13,4 28,3 379 254
Refrigeración 14,4 8,59 124 14,3 15,7 224 100
149
128
72,3
58,2
56,6
24,2
10,5
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Lamp.Frontales Altas
Lamp. Frontales Bajas
Luces estacionarias
Lamp. Antiniebla
Lamp.Freno
Lamp. Reversa
Lamp. Interior del techo
Potencia asociada[W]
86
Figura 62 Ventilación interna del vehículo alimentada solo con el alternador
Sistema de limpieza del parabrisas
Tabla 17 Datos del sistema de limpieza del parabrisas (solo alternador)
Dispositivo
Eléctrico
Voltaje
Base [V]
Corriente
Base [A]
Potencia
Base [W]
Voltaje
Medido
Promedio
[V]
Corriente
Medido
Promedio
[A]
Potencia
Eléctrica
Promedio
[W]
Potencia
Asociada
[W]
Limp. Int 14,4 9,60 138 14,3 14,3 205 66,4
Limp. Lo 14,4 9,61 139 14,4 12,9 186 47,1
Limp. Hi 14,4 8,56 123 14,1 14,2 201 77,1
Limp. trasero 14,6 8,58 125 14,5 9,77 142 16,7
Aspersores 14,4 8,59 124 14,4 9,40 135 11,5
Figura 63 Sistema de limpieza del parabrisas
100
177
190
210
254
33,9
52,4
79,5
115
33,7
58,3
86,6
145
34,9
54,9
83,5
130
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275
Refrigeración
A/C V1
A/C V2
A/C V3
A/C V4
Calefacción V1
Calefacción V2
Calefacción V3
Calefacción V4
Aire Frio V1
Aire Frio V2
Aire Frio V3
Aire Frio V4
Ventilador V1
Ventilador V2
Ventilador V3
Ventilador V4
Potencia asociada [W]
77
66,4
47,1
16,7
11,5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Limp. Hi
Limp. Int
Limp. Lo
Limp. trasero
Aspersores
Potencia asociada [W]
87
Tabla 18 Datos de las ventanas eléctricas (solo alternador)
Dispositivo
Eléctrico
Voltaje
Base
[V]
Corriente
Base [A]
Potencia
Base [W]
Voltaje
Medido
Promedio
[V]
Corriente
Medido
Promedio
[A]
Potencia
Eléctrica
[W]
Potencia
Asociada
Promedio
[W]
Vent. Eléctrica. Pi. 14,4 8,7 125 13,4 24,1 322 197
Vent Eléctrica Co. 14,4 8,7 125 13,3 24,1 321 195
Vents Eléctricas 14,4 8,7 125 12,7 26,2 333 207
Figura 64 Ventanas eléctricas alimentadas solo con el alternador
Desempañador, radio y bocina
Tabla 19 Dispositivos eléctricos restantes (solo alternador)
Dispositivo
Eléctrico
Voltaje
Base [V]
Corriente
Base [A]
Potencia
Base [W]
Voltaje
Medido
Promedio
[V]
Corriente
Medido
Promedio
[A]
Potencia
Eléctrica
Promedio
[W]
Potencia
Asociada
[W]
Desempañador 14,5 8,60 125 14,0 16,9 236 111
Radio 14,4 8,50 122 14,4 9,10 131 9,10
Bocina 14,6 8,63 126 14,3 11,5 164 38,5
Figura 65 Dispositivos eléctricos independientes restantes
207
197
195
188 190 192 194 196 198 200 202 204 206 208 210
Vents Elects
Vent. Elec. Pi.
Vent Elec. Co.
Potencia asociada [W]
111
38,5
9,10
0 20 40 60 80 100 120
Desempañador
Bocina
Radio
Potencia asociada [W]
88
Figura 66 Todos los dispositivos eléctricos independientes alimentados solo con el alternador
Iluminación interna y externa del vehículo
Tabla 20 Datos de la Iluminación interna y externa del vehículo (conjunto batería-alternador)
Dispositivo
Eléctrico
Voltaje
Base [V]
Corriente
Base [A]
Potencia
Base [W]
Voltaje
Medido
Promedio
[V]
Corriente
Medido
Promedio
[A]
Potencia
Eléctrica
[W]
Potencia
Asociada
Promedio
[W]
Lamp. Front. Altas 14,3 12,2 175 14,0 23,0 321 147
Lamp. Front. Bajas 14,3 11,9 170 14,1 21,0 296 126
Lamp Reversa 14,4 11,7 169 14,3 13,6 194 24,9
Luces estacionarias 14,3 11,6 166 14,2 16,8 239 73,0
Lamp. Freno 14,4 11,0 158 14,2 15,2 215 56,2
Lamp. Int. techo 14,4 10,6 153 14,3 11,4 163 10,7
Lamp. Antiniebla 14,4 10,4 149 14,2 14,5 206 56,7
254
207
198
149
145
130
128
115
111
100
77,1
72,3
66,4
58,2
56,6
47,1
38,5
24,2
16,7
11,5
10,5
9,1
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275
Aire Acondicionado V4
Ventana Electrica Piloto
Ventanas Electricas
Lamp.Frontales Altas
Aire Frio V4
Ventilador V4
Lamp. Frontales Bajas
Calefacción V4
Desempañador
Refrigeracion del motor
Limpiaparabrisas Hi
Luces estacionarias
Limpiaparabrisas Int
Lamp. Antiniebla
Lamp.Freno
Limpiaparabrisas Lo
Bocina
Lamp. Reversa
Limpiaparabrisas trasero
Aspersores
Lamp. Interior del techo
Radio
Potencia asociada [W]
89
Figura 67 Iluminación interna y externa del vehículo (conjunto batería-alternador)
Sistema de ventilación interno
Tabla 21 Datos de la Iluminación interna y externa del vehículo (conjunto batería-alternador)
Dispositivo
Eléctrico
Voltaje
Base
[V]
Corriente
Base [A]
Potencia
Base [W]
Voltaje
Medido
Promedio
[V]
Corriente
Medido
Promedio
[A]
Potencia
Eléctrica
[W]
Potencia
Asociada
Promedio
[W]
Ventilador V1 14,4 11,8 170 14,3 14,2 204 34,0
Ventilador V2 14,4 10,3 149 14,3 14,2 204 55,0
Ventilador V3 14,4 10,2 148 14,3 16,3 232 84,4
Ventilador V4 14,4 12,5 180 14,1 21,8 308 128
Calefacción V1 14,5 10,2 148 14,4 12,7 182 34,4
Calefacción V2 14,4 10,2 146 14,3 13,9 200 54,0
Calefacción V3 14,5 10,2 148 14,3 15,8 225 77,8
Calefacción V4 14,3 10,4 149 14,1 18,7 264 115
Aire Frio V1 14,5 10,2 147 14,4 12,8 184 36,2
Aire Frio V2 14,4 12,8 184 14,3 16,8 241 56,6
Aire Frio V3 14,5 10,2 147 14,3 16,4 234 87,6
Aire Frio V4 14,4 10,2 147 14,1 20,6 289 142
A/C V1 14,5 10,2 147 14,1 23,6 332 185
A/C V2 14,4 10,3 149 14,0 25,1 352 204
A/C V3 14,4 10,3 148 13,9 27,1 377 229
A/C V4 14,3 10,2 147 13,7 30,4 417 270
Refrigeración 14,4 9,53 138 14,2 16,5 235 97,5
147
126
73,0
56,7
56,2
24,9
10,7
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Lamp. Front. Altas
Lamp. Front. Bajas
Luces estacionarias
Lamp. Antiniebla
Lamp. Freno
Lamp Reversa
Lamp. Int. techo
Potencia asociada [W]
90
Figura 68 Sistema de ventilación (conjunto batería-alternador)
Sistema de limpieza del parabrisas
Tabla 22 Datos del sistema de limpieza del parabrisas (conjunto batería-alternador)
Dispositivo
Eléctrico
Voltaje
Base
[V]
Corriente
Base [A]
Potencia
Base [W]
Voltaje
Medido
Promedio
[V]
Corriente
Medido
Promedio
[A]
Potencia
Eléctrica
[W]
Potencia
Asociada
Promedio
[W]
Limp. Lo 14,4 10,3 148 14,3 13,5 194 45,5
Limp. Int 14,5 10,2 148 14,4 14,9 215 67,2
Limp. trasero 14,4 9,71 140 14,4 11,0 159 19,0
Limp. Hi 14,4 9,79 141 14,2 15,1 215 74,6
Aspersores 14,4 9,80 141 14,3 10,6 152 10,9
Figura 69 Potencia asociada del sistema de limpieza del parabrisas con el conjunto batería-alternador
98
185
204
229
270
36,2
56,6
87,6
142
34,4
54,0
77,8
115
34,0
55,0
84,4
128
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300
Refrigeracion
A/C V1
A/C V2
A/C V3
A/C V4
Aire Frio V1
Aire Frio V2
Aire Frio V3
Aire Frio V4
Calefacción V1
Calefacción V2
Calefacción V3
Calefacción V4
Ventilador V1
Ventilador V2
Ventilador V3
Ventilador V4
Potencia Asociada [W]
7567,2
45,519,0
10,9
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Limp. HiLimp. IntLimp. Lo
Limp. traseroAspersores
Potencia Asociada[W]
91
Ventanas Eléctricas
Tabla 23 Datos de las ventanas eléctricas (conjunto batería-alternador)
Dispositivo Eléctrico
Voltaje
Base
[V]
Corriente
Base [A]
Potencia
Base [W]
Voltaje
Medido
Promedio
[V]
Corriente
Medido
Promedio
[A]
Potencia
Eléctrica
[W]
Potencia
Asociada
Promedio
[W]
Vent. Eléctrica Pi. 14,4 9,8 142 13,4 25,3 339 198
Vent Eléctrica Co. 14,4 9,8 142 13,3 25,9 344 203
Vents Eléctricas 14,4 9,9 142 12,7 28,4 361 219
Figura 70 Potencia asociada ventanas eléctricas
Radio, bocina y desempañador
Tabla 24 Dispositivos eléctricos restantes (conjunto batería-alternador)
Dispositivo
Eléctrico
Voltaje
Base [V]
Corriente
Base [A]
Potenci
a Base
[W]
Voltaje
Medido
Promedio
[V]
Corriente
Medido
Promedio
[A]
Potencia
Eléctrica
[W]
Potencia
Asociada
Promedio
[W]
Desempañador 14,4 10,0 144 14,1 18,3 258 115
Radio 14,4 9,91 142 14,4 10,9 156 14,0
Bocina 14,4 9,56 138 14,3 12,5 179 41,5
Figura 71 Dispositivos eléctricos restantes (conjunto batería-alternador)
219
203
198
185 190 195 200 205 210 215 220 225
Vents Elects
Vent Elec. Cop.
Vent. Elec. Pi.
Potencia Asociada [W]
11541,5
14,0
0 20 40 60 80 100 120 140
Desempañador
BocinaRadio
Potencia Asociada [W]
92
Figura 72 Potencia asociada de los dispositivos alimentados con el conjunto batería-alternador
Figura 73 Comportamiento del voltaje en función del ciclo de conducción
270
218,5
197,8
146,7
142,4
127,8
125,6
115,0
114,6
97,5
74,6
73,0
67,2
56,7
56,2
45,5
41,5
24,9
19,0
14,0
11,1
10,7
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300
A/C V4
Ventanas Electricas
Ventana Electrica Piloto
Luces Delanteras Altas
Aire Frio V4
Ventilador V4
Luces Delanteras Bajas
Calefacción V4
Desempañador
Refrigeracion
Limpiaparabrisas Hi
Luces estacionarias
Limpiaparabrisas Int
Lamp. Antiniebla
Luz Freno
Limp. Lo
Bocina
Luz Reversa
Limpiaparabrisas trasero
Radio
Aspersores
Luz Interior del techo
Potencia asociada [W]
9
9,5
10
10,5
11
11,5
12
12,5
13
13,5
14
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
Vo
ltaj
e [V
]
Vel
oci
dad
[km
/h]
Tiempo [s]
SAE J1082 Velocidad Voltaje