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.ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERM^ELECTRICA
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN VEHÍCULO
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L !Í V'-í.*. '.'•^íi<5s "*<**.VV*Sj
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MCCIQN^LECTRICAw.'^r^". >;-4i
r-lNG-ENlERCT ELÉCTRICO EfF-'-Lrfe'ÉS ECIAL IZAC ION
QUITO, MARZO DE 1981
Cer t i f i co que el p r e s e n t e
t r a b a j o ha s i d o e l a b o r a d o
en su t o ta l i dad por el 5e_
ñor J o s é P a l a c i o s A l v a r e z
ng . Mentor P o v e d a
D I R E C T O R
A MI P A D R E
I N D I C A
D I S E Ñ O Y C O N S T R U C C I Ó N DE UN V E H Í C U L O CON T R A C C I Ó N E L É C T R I C A
Con ten í d o :
I N T R O D U C C I Ó N Y O B J E T I V O S . -
p á gIntroducción , 1
La p r o p u l s i ó n eléctrica. Contaminación 2
Objetivos , 3
Parte 1:
REDISEÑO Y CONSTRUCCIÓN -DEL MOTOR ELÉCTRICO DISPONIBLE
1.1. Datos de partida. Predi seño 5
- Motor serie para la tracción. Caracterts ti cas , Com_
paración con otro tipo de motores 5
- Tipo de motor disponible 8
- Reestructuración .., 9
- Dimensiones 10
- Potencia. V e l o c i d a d . Voltaje « 11
- Análisis matemático preliminar 11
1.2. Rediseño y construcción del devanado de excitación. 19
- Devanado original , 19
- Rediseño 21
- Datos de partida: valores normalizados 21
- Construcción de las bobinas del estator ......... 27
- Inconvenientes tecnológicos 31
- Bobinas definitivas 33
- Pruebas del devanado estatórlco definitivo ...... 33
- Temperatura y corriente en función del tiempo ... 35
Pag
1.3. Circuito magnético. Curva de excitación del motor
, d i s p o n i' b 1 e , t . . . 36
- C a l i d a d del hi'erro" , , , . . , . . . . . , . . , . . . 36
- Galvanómetro balístico ...... ; t ... t .......... 36
- C a l i d a d del hierro del circuito magnético curva de
ex i tac i ón 38
1.4. Rediseño y construcción del devanado inducido 45
- Valores recomendados 45
- Características físicas de las ranuras del motor.
C á l c u l o del devanado , . . t , 45
- Plan de devanado t 47
- Cálculo de la sección del conductor , 50
- Construcción 54
- Inducido terminado 64
- Portaescobillas 64
1.5. Di seño y construcción del devanado de campo (.en s_e_
r i e ) definitivo del motor 66
- Datos de partida 66
- Diseño 66
- Construcción 69
- Bo b i n a s definitivas 69
1.6. Pruebas del motor en el laboratorio , 70
- V e l o c i d a d función del torque n = f(.T} 70
- T o r q u e - f u n c i ó n de la corriente T = f (.1} .., 70
- Corriente función de la v e l o c i d a d I = f(.Vva Vm) -
del v ehículo y del motor 70
Pag.
Parte 2:
ANÁLISIS Y APLICACIÓN DE LOS ACUMULADORES A UTILIZARSE
2.1. Tipos de acumuladores 74
2.2. Características de di versos tipos de acumuladores _a_
p 1 1 cables 75
- Acumuladores de Litio 76
- Acumuladores de Sodio-Azufre 77
- Acumuladores de Zlnc-Plata 78
- Elementos de combustible (.células electroquímicas) 78
- Acumuladores de Zlnc-AIre 79
- Acumuladores a l c a l i n o s '. 80
- Acumuladores Plomo-ácido 80
2.3. Acumuladores de Plomo-ácido 81
- Constitución físico-química 81
- Características de carga ..; 84
- Características de descarga , 87
- Ac o p l a m i e n t o en serle de acumuladores 88
- Características técnicas de una batería de acumu-
ladores 89
- Capacidad 89
- Intensidad de carga y descarga 89
- Tensiones de carga y descarga ..., 90
- Rendimiento 91
2.4. Baterías a utilizarse como fuente en el automóvil -
eléctrico diseñado 93
Pag
Parte 3:
CONTROL DE VELOCIDAD DEL'MOTOR
3.1. Características y funcionamiento en el arranque. Re_
g u l a c i ó n de la v e l o c i d a d 94
- Control 95
- Circuito de control 97
Parte 4:
ASPECTO MECÁNICO
4.1. Diseño y construcción del v e h í c u l o 98
- Pasos - p r e l i mi nares. Primeros diseños. Objetivos .. 98
4.2. Diseño final. Tipo de v e h í c u l o , . í ( < 98
- Despieze completo del .vehículo ...,..,. .,... 100
- Chasis tubular 100
- Tren delantero • ,.. 101
- Tren posterior T , 102- Carrocería de fibra de v i d r i o 103
- Sistema de dirección 104
- Sistema de frenos , 105
- Control de v e l o c i d a d 106
4.3. Ensamblaje del v e h í c u l o 107
- V e h í c u l o ensamblado (carrocería-chas is) t . 108
- V e h í c u l o terminado t 110
4.4. Ade c u a c i o n e s - m e c á n i c a s en los cojinetes del motor
eléctrico. Acoplamiento de este al sistema de trac<-
ción del vehículo . . T 111
Pag'.
4.5. Acoplamiento del sistema completo de propulsión en
el v e h í c u l o 113
- U b i c a c i ó n del motor y su acoplamiento 113
- Ubicación de los acumuladores 114
Parte 5:
PRUEBAS Y RESULTADOS DEFINITIVOS
5.1. Pruebas de pista 116
- Efleí ene la. General y de cada elemento ., 118
- Prestancia del v e h í c u l o para determinados fines. 120
5.2. Conclusiones 121
5.3. Recomendaciones para la optimi zac-i ón futura 121
Anexo 1
Galvanómetro b a l í s t i c o . C a l i b r a c i ó n :
Métodos para conocer su nueva s e n s i b i l i d a d 123
C a l i b r a c i ó n * 127
Anexo 2
Manual de manej o:
Modo de conducción 134
Bi'bl lografia 135
P R O L O G O
Es Importante tomar conciencia de la ingerencia directa que
tiene en el desarrollo de nuestro paí s , el que sus técnicos
y profesionales se enfrenten a problemas tecnológicos muy
particulares y específicos, que permitan desarrollar la ex-
periencia que el poco ascendiente tecnológico que poseemos
no nos puede dar.
Esta i n v e s t i g a c i ó n comienza con la idea de crear una base,
un punto de partida, mediante el cual tengamos conocimiento
suficiente de los particulares problemas referentes a este
campo. Asi estaremos preparados para asimilar, a p l i c a r y s c ^
bre todo crear en nuestro medio los logros y descubrimientos
queseada día más aceleradamente se dan en los países desar^
11ados.
De tal manera de no limitarnos al conocimiento somero y te£
rico de los adelantos tecnológicos, sino encauzar nuestra c_a_
pac i dad y aprendizaje desde bases que sean realmente un p un_
to sólido de partida hacia el desarrollo de nuestro país.
Es menester destacar el i n v a l o r a b l e aporte de la ESCUELA P_0_
LITECNICA NACIONAL hacia sus estudiantes, la cual, en este
caso en particular ha sabido no sólo facilitar los medios a_
cadémicos y económicos necesarios para la investigación y
construcción, sino, la ayuda y consejos que en todo momento
estuvieron dispuestos a brindar sus profesores y empleados.
A la fábrica de A u t o m ó v i l e s Ecuatorianos AYMEZA, mi agrade-
cimiento por su imprescindible ayuda económica y técnica en
la construcción de la parte mecánica del v e h í c u l o .
Esperando que este trabajo contri buya a despertar i n q u i e t u -
d e s - d e superación e i n v e s t i g a c i ó n , lo cual es real emente su
propósito, quiero dejar constancia de mi profunda gratitud
al Ing. ,Mentor P o v e d a 5 profesor y director de esta tesis de
grado; así como al Dr. Lajos Bajza experto de la UNESCO por
su i n v a l o r a b l e aporte técnico.
A mi esposa Sandra, el agradecimiento de siempre por su ayj¿
da y comprensión, que permitieron la conclusión de este tr_a_
bajo.
J. Palacios
T R O D ' U C C I O
El proyecto de diseñar y construir un prototipo de i n v e s t i g a
ción de un vehículo con p r o p u l s i ó n eléctrica permitirá en-
frentarnos a tecnologías que a n i v e l i n t e r n a c i o n a l están de-
sarrolladas y a p l i c a d a s desde hace ya a l g ú n tiempo, el fun-
cionamiento de todas estas técnicas en conjunto pertenecen a
quienes l a s - investigaron y en general no e s t á n ' d i s p o n i bles,
de a l l í que la experimentación es un factor de importancia en
nuestro medio,
El trabajo comprende el diseño y construcción total del vehí
culo hasta ponerlo en funcionamiento, para esto se ha previs
to tomar sus partes constitutivas por separado sin olvidar na
turalmente la estrecha interdependencia que mantienen.
La primera parte tiene como objetivo el rediseño y construc-
ción del motor eléctrico d i s p o n i b l e , a n a l i z a n d o todos los de
tall e s que harán de este un motor adecuado para la tracción.
Se tomó muy en cuenta, en esta parte, el conocer la c a l i d a d
de 1 hierro del motor, d e b i d o a que no sería aceptable el a -
doptar curvas normales de excitación para este tipo de moto-
res. Además se presentan las pruebas finales del motor en
el 1aboratori o.
La segunda parte analiza la a p l i c a c i ó n y escogitamiento de
los acumuladores a utilizarse, dentro de algunos tipos de a -
cumuladores a p l i c a b l e s como fuente de enería para la trac-
ción eléctrica.
La tercera parte resuelve el problema del control de a-
r r a n q u e - v e l o c i d a d del motor y la cuarta parte d e t a l l a el
di seno y la construcción del v e h í c u l o en lo que se refiere a
su carrocería y aspecto mecánico.
Además existe una quinta parte'- en la que se presentan las
pruebas y resultados definitivos -del v ehículo. Constando tam-
bién un a n á l i s i s de lo que podría ser la optimización del ve
hículo.
LA PROPULSIÓN ELÉCTRICA CONTAMINACIÓN
Es necesario mencionar que desde muchos aspectos la m á q u i n a
de tracción ideal para vehículos en general e s 3 sin duda al
g u n a 5 el motor eléctrico. Sus ventajas, en comparación con
el motor de explosión son las siguientes:
a) Eliminación total de los gases de escape nocivos
b) El motor eléctrico no precisa marcha en vacío
c) R u i d o p r a c t i c a m e n t e n u l o
d) La energía de frenado puede recuperarse
e) La curva de potencia es casi i d e a l
f) Supresión del embrague y caja de cambios
g) Supresión de los cientos de partes m ó v i l e s en el motor
de explosión a una sola en el motor eléctrico.
h) Puede suprimirse el diferencial
i) Arranque y marcha sin trepidaciones
j) Manejo muy sencillo .
Los únicos inconvenientes en este tipo de p r o p u l s i ó n residen
;principalmente en el aprovisionamiento de energía, ya que el
v e h í c u l o transporta su propia energía en forma de a c u m u l a d o -res .
El problema es el gran peso y la poca densidad de energía de
las baterías, que l i m i t a n la autonomía de estos vehículos.
Naturalmente que se están logrando grandes avances en es te cam_
po, y es dé Interés de la Industria adelantarse a estos aco_n_
tecímlentos para estar preparados con tecnología propia.
Por otro lado el agotamiento de las reservas de petróleo po_n_
drá disyuntivas serlas en cuanto al transporte Interno den-
tro de las eludades.
La a b u n d a n c i a de recursos hidroeléctricos en nuestro país per_
mi te preveer que de esas fuentes abremos de hechar mano para
solucionar también el transporte, de a l l í la importancia de
los vehículos eléctricos.
No menos importantes son los problemas de contaminación del
aire y del ruido, los cuales se e l i m i n a n con la tracción e -
1 é c t r i c a .
OBJETIVOS
Este proyecto pretende diseñar y construir un v e h í c u l o con
p r o p u l s i ó n eléctrica y sistema de suministro de energía aut_ó_
nomo; con un peso total aproximado de 1000 l i b r a s , una auto-
nomía de 80 a 100 km. y una v e l o c i d a d máxima de aproxi madameji_
te 50 KPH. Su potencia . será de 4 HP.
El vehículo de tres ruedas estará dotado de una ligera c a r r o_
cería de fibra de v i d r i o y transportará dos personas más un
pequeño equipaje con el objeto de mantener en un mínimo de p_e_
so total del v e h í c u l o , c o n d i c i ó n que constituye una impor-
tante restricción para alcanzar un buen rendimiento g l o b a l .
El objetivo I n i c i a l es un transporte para personal de v i g i -
l a n c i a y mantenimiento en industrias de áreas exten-sas puer-
tos y aeropuertos.
(
Se trata de lograr un prototipo que permita un estudio exp_e_
r i mental el cual a su vez daría la p o s i b i l i d a d de la necesa^
ria optimización para la eventual industrialización poste-
ri or.
Parte
REDISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL MOTOR ELÉCTRICO DISPONIBLE
1.1 DATOS DE PARTIDA. PREDISEÑO
Un proyecto experimental no es , en r e a l i d a d , l a b o r concreta
en sus p r i n c i p i o s ; es decir, que la asunsión de valores y d£
tos técnicos se los realiza sin la seguridad de un resulta-
do. ó p t i m o , pero si positivo, en base a ceñirse a los l i m i -
tes reales y datos técnicos experimentales que nos propor-
cionan fabricantes y casas comerciales que trabajan en el dj_
seño d e m á q u i n a s eléctricas.
Siendo entonces este un proceso retroactivo, se parte de cie_r_
tos valores que a continuación se detallan, se justifican y
se varian de ser necesario...
MOTOR SERIE PARA LA TRACCIÓN. CARACTERÍSTICAS. COMPARACIÓN
CON OTRO TIPO DE MOTORES. -
En un motor serie la v e l o c i d a d decrece rápidamente cuando a_u_
menta el par motor por lo que se constituye en un motor con
cambio automático de v e l o c i d a d ; tiene un enérgico par de
arranque. Por tanto este motor se emplea cuando se precisa un
par de arranque grande, cuando la carga esta sujeta a v a r i a_
c iones grandes y se desea una v e l o c i d a d reducida para compen_
sar el gran par, siempre que no exista la p o s i b i l i d a d de que
la m á q u i n a pueda llegar a trabajar en vacío.
COMPARACIÓN:
- El motor serie se decelera con la carga y su par aumenta
más rápidamente que la v e l o c i d a d . Para un mismo aumento de
par, la d e m a n d a de corriente es menor que para un motor shunt;
lo cual constituye una evidente ventaja del motor serie so_
portando b i e n las sobrecargas.
- El par motor serie no depende de la tensión de alimentación,
al contrario de lo que ocurre con el motor shunt en el que
la corriente de excitación esta relacionada con la tensión era
bornes. En motores para- tracción, esto es una gran ventaja,
ya que un motor serie puede alimentarse, sin inconveniente,
con una tensión bastante inferior a la n o m i n a l . En estas co_n_
d i ciones, el motor serie permite subir una pendiente., mi en_
tras que el motor d e r i v a c i ó n se quemaría, ya que tendría que
absorver una corriente excesiva.
- El motor serie se ambala en vacío, lo -que constituye un gran
inconveniente para s.u empleo, ya que no es p o s i b l e su a p 1 j_
cación al accionamiento de máquinas que han de trabajar a
carga reducida.
NOTA: Dado que el motor de tracción del v e h í c u l o esta c o n e£
tado directa y permanentemente (.no tiene embrague ni caja de
cambios), al diferencial y sistema de tracción mecánica, se
descarta la p o s i b i l i d a d de que l l e g u e a trabajar en vacío y
por tanto no podría llegar a embalarse.
- La marcha del motor serie esta menos i n f l u i d a que la del m_o_
tor shunt por las v a r i a c i o n e s bruscas de tensión. Efectiva^
mente en el motor shunt la inductancia del arrollamiento de
excitación no le permite seguir instantáneamente la v a r i _a_
ción de tensión, de forma que su fuerza electromotriz E per_
- manece constante, lo cual provoca un salto brusco de corrieri^
te. Por el contrario, en un motor serie, un aumento de la
tensión provoca un inmediato aumento de la corriente de car_
ga I (.que es también la corriente de excitación) y por lo tan_
to de la fuerza contrael ectromotri z E. Por lo tanto el -motor
serie es mucho menos sensible a las variaciones bruscas de la
tensión de alimentación,
Características de velocidad n = f(I) devarios tipos de motores: 1- Motor compoundadicional, con mayor campo serie. 2- Motorcompound adicional, con mayor campo shunt3- Motor serie 4- Motor shunt.
Características de velocidad n = f(I) devarios tipos de motores: 1- Motor compoundadicional. 2- Motor compound diferencial.3- Motor serie. 4-r Motor shunt.
Características mecánicas M = f ( i ) de varios tipos de motores:1- Motor shunt. 2- Motor serie. 3- Motor compound adicional.4- Motor compound diferencial. 5- Motor compound adicional conmayor campo serie.
T I P O D E M O T O R D I S P O N I B L E . -
La c a r c a z a y m a s a r o t ó r i c a a u t i l i z a r s e p e r t e n e c e n a un m o t o r
d e a r r a n q u e c o n l a s s i g u i e n t e s c a r a c t e r í s t i c a s :
C o n e x i ó n : c o m p o u n d ( m a y o r c a m p o s e r i e )
v o l t a j e : 24 v o l t s .
c o r r i e n t e : 3 0 0 A m p s .
p o l o s : 6Motor para funcionamiento durante pequeños i n t e r v a l o s de tiern
po.
REESTRUCTURACIÓN.-
Se reconstruirá su armadura y su excitación para que funcione
como motor serle con las siguientes características:
conexión :
voltaje :
polos :
velocidad:
sen e96 volts
6
1500 RPM
• , >:Q_r-(JjV v~9 ">fe:'lr» £C;iÍ'¿¿ '
¿fr ¡¿^Á^-':^- -'^^.^^J^T^^l
10
D I M E N S I O N E S . -
D i m e n s i o n e s del motor d i s p o n i b l e .
ranuras
47.6
o
H111
Carcaza
V178.2
161
61
r—i 40
135 (una)
inducido
11
POTENCIA:
La potencia del motor por razones de consumo de energía y de
la no muy alta prestancia que se requiere del v e h í c u l o , ade_
más, tomando en cuenta la masa del motor di s poní bl e y la vel^o,
cidad a la que se va a trabajar, se estima en 5 Kw.
VELOCIDAD;
De acuerdo a la velocidad máxima de 50 KPH. que se espera del
vehículo y a la d e s m u l t i p l i c a c i ó n de 4:1 que se obtiene del di_
f e r e n c i a 1 5 se ha fijado en primera instancia la v e l o c i d a d del
motor en 1500 RPM.
VOLTAJE:
El voltaje máximo a p l i c a b l e al motor será de 96 voltiosya que
el v e h í c u l o transportará 8 baterías de 12 volts. Se ha fijado
este niv e l de voltaje debido también a la conveniencia de tra._
bajar con corrientes no muy elevadas, por problemas de funcio_
namiento de los equipos de control y por razones económicas -
ya que estos equipos son más baratos para corrientes menores.
ANÁLISIS MATEMÁTICO P R E L I M I N A R :
Partiremos de valores de densidad de flujo en el entren i erro
y de la corriente por centímetro en la superficie del rotor
para una potencia de 5 Xw. y un rendimiento del 80 %.
Pint(lOOO) Potencia interna del motor a 1000 rpm.
B 5 densidad de flujo en el entrehierro
A/cm * corriente por centímetro en la superficie del ro_
12
D A T O S B A S E S DE D I S E Ñ O P A R A 5 Kw DE P O T E N C I A ( i n t e r n a 1000) 2
¡5 = 6300 Gs
A = 200 A / c m .
A/cm
200
Pirit(l000)
6300
^ Pint(l000)
1 Sumaton" o de l as co r r i en tes que c i r c u l a n por la ranu ra -
m u l t i p l i c a d o po r su a n c h o (Z )
2 C u r v a s o b t e n i d a de "manua l pa ra la C o n s t r u c c i ó n de Máquj_
ñas E l é c t r i c a s " .
13
POTENCIA DE ENTRADA Psal
I =-6Z5096 = 65.1
= 6250 Kw
96 = 9.6 V.
V i n d = Vw - AV= 96-9.6 = 86.4
P i n t e r n a = Vind I
Pint (1000) = Pint (n)- 1000n n = v e l o c i d a d en RPM
Aplicaremos una fórmula básica utilizada en el diseño d e " m o -
tores para comprobar si estamos en un n i v e l de potencia per-
m i s i b l e para el motor.
DIÁMETRO DEL ROTOR -
EN D O N D E :
bi
3/ P l n t ( l O O O ) 6x10
-ai =Z,
S e g ú n t a b l a s e l v a l o r de a i d e b e e s t a r e n t r e - 0 . 6 y 0 .7 enn u e s t r o caso :
1 3 . 5xir
4 . 5 57 . 0 6
= 7 . 0 6
= 0 . 6 4 4
14
- BS : densidad de flujo en el entrehierro
-A: corriente por cm. en la sup. del rotor
-li = largo del rotor (placas) = 111 mm .
-D = diámetro del rotor = 135 mm. ,
Despejando de la ecuación del diámetro del rotor la Pint(lOOO)
tenemos :
Plnt(1000)= -x D6xl08
p. t(1000) = 13.53x 6300x173x0.822x0.6d = 2 38
6xl08
ahora:
P 1 n t ( 1 5 0 0 ) - P i n t C l O O O ) ]non = 2 ' 3 8 x 1000 = 3 ' 5 7 Kw
3,57 Kw : que es la potencia máxima que podemos sacar a este
motor a 1500 rpm.
De aqui la corriente n o m i n a l del motor será:
pint = vixIN = 86.4xlN = 3570 WATTS
IN = 41-.3 A.
D e n s i d a d de f lu jo en el en t reh ie r ro B6 = 6300 Gs
f lu jo total por po lo <j>p = Á r e a p o l o x 85
4) = 4.55x10.9x6300 = 312448 Mxwells
15
ahora:
V, = L JL1 a 60
en donde:
P = # de pares de polos
n = vel. en rpm.
Vj= voltaje i n d u c i d o
<f> = flujo total por polo
a = # de pasos en paralelo
Z = # de lados activos en la armadura
De aqui tenemos:
7 ~ p_a
d
¿ D - - * x 1 0 " 8
8 6 . 41500 , n n - a
2 ' 60 • * - IU
Z - 737 # de lados totales en la armadura.
Luego de esto, se resolvió, que para evitar recalentamiento
del motor y d e b i d o pr i n c i p a l m e n t e a su baja potencia s además
de que el número de conductores necesarios en la armadura,
considerando la corriente nominal de 41 ,3 A. a la quecorres^
ponde cierta sección de alambre, i m p l i c a n la necesidad de
aumentar la v e l o c i d a d con el fin de d i s m i n u i r en numero de
conductores y reducir también el torque de arranque.
16
En base a estas consideraciones se selecciona una nueva velo_
cidad del motor que es de 2500 rpm. Conservando los datos an_
teriores con respecto a la potencia, voltaje, corriente y es_
fuerzos magnéticos el procedimiento de cálculo a seguirse se(_
rá tal como sigue:
Cuadro comparativo de la velocidad en [m/seg] 5 de la corrien_
te por centímetro en la superficie del rotor A s de la pote_n_
.cia interna a 1000 rpm y del numero total de conductores a£
tivos z; en función de diversas v e l o c i d a d e s en rpin. del mo_
tor .
Diam cm =
/
P i n t ( l O O O ) 6 * 1 0 8
B l r<5 1 bs x A
Ampcm .X a -i -X
liD
de donde:
_ P1nt(lQOQ)6xIO! Pint(100Q)6alOB
6300* ( . 1 3 . 5 } 3 * 0 . 6 4 x 0 . 8 2 2 = 7 3 . 5 8 P i n t C l O O O )
- A = 73,58 Pint ClOOO)
mantenemos constante la potencia del motor "en 4 Kw
- PintClOOO) = PintCn) 1000n
V = tu r en d o n d e r - 0 , 0 6 7 TÍI
- v = oí60 60
I*1
n(R
PM
)
v(m
/se
g)
A(A
mp/
cm)
Pin
-f(l
OO
O)
(Kw
) z
1500
1.6
7
19
5.7
2.6
6
1106
1600
1.7
9
18
3.9
2.5
1037
1700
1,9
17
2.9
2.3
5
976
1800 2
16
3.3
2.2
2
922
1900
2.1
2
15
4.5
2.1
874
2000
2.2
3
14
7.2
2 830
2100
2.3
4
13
9.8
1.9
790
2200
2.4
6
13
3.2
1.81
754
2300
2.5
7
128 1.7
4
722
2400
2.6
8
12
2.9
1.6
7
69
2
2500
2.7
9
11
7.7
1.6
664
2600
2.9
11
3.3
1.5
4
63
8
2700
-
3 108.
9
1 .4
8
615
2800
3.1
2
10
5.2
1.4
3
593
2900
3.2
4
10
1.2
1.3
8
572
3000 -
3.3
5
97
.8
1.3
3
553
H -J
18
2 = Vi = 8 6 . 4 1 . 6 6 x l 0 6
P nr ( j )10-8 -I ' -^ 3 1 2 4 4 8 x l O - 8 n = nI J u U
.66xlOG
Potencia interna (1000) = 2.38 Kw
Pint(2500) = 2,38 = 5.95 Kw
Se puede construir un motor de esta potencia con la armadura
y estator d i s p o n i b l e s . Sin embargo se opta por una potencia
nominal de P^ = 4.5 Kw3 que se considera suficiente para mo-
ver el vehículo en diseño, ya que no se debe exceder su po-
tencia d e b i d o al consumo de energía y a la no muy elevada pre_s_
tañe i a que se requiere del v e h í c u l o .
Con esta potencia n o m i n a l :
P1nt = = = 5'36 Kw
ge - S.É. = fe,4 V-i = 96.9 x 6 = 8634r.
T Pint 5360 _ ,9 AIN = — - - - 62 Amp
19
1.2 REDISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL DEVANADO DE EXCITACIÓN
DEVANADO ORIGINAL:
En primera instancia se piensa utilizar para la excitación el
devanado o r i g i n a l del estator, el cual consta de 7 espiras de
alambre rectangular cuya área transversal es de 14 mm^. Con
este objeto se realiza el siguiente c á l c u l o ; en base a que se
tiene un entrehierro de 0.1 cm. y a una densidad de flujo ra-
zonable de 5000 Gauss.
Integramos la intensidad de campo magnético entre 1 y 2 debi-
do a que consideramos únicamente la corriente que circula por
el lado de b o b i n a A.
20
en donde:
* 2
/H.di=IN H: intensidad de campo magnético
-i 1: intensidad de corriente en el lado A
N: numero de espi ras
a h o r a 3 la tensión magnética en el entrehierro es:
Vms = H($. 6 en donde:
H 5 : intensidad de campo magnético en el e n t r e •
hi erro
6 : altura del entrehierro
Hx = —& en donde:U -JJQ —
B <s : d e n s i d a d de flujo en el entrehierro
Vo : p e r m e a b i l i d a d (vacio)
5000xlQ-8V.sec/cm2 _ ,nnn A/- ' "
entonces 3
Vmfi = H6.<5 = 4000 A/cm x 0.1 cm = 400 -A-v
Con este resultado se ve que necesitamos una excitación de por
lo menos 400 amper-vueltas para obtener la d e n s i d a d de flujo
mínima requerida; -
Esto es, que si disponemos de 7 espiras en el estator debemos
proporcionarle alrededor de 60 amperios para obtener una ade-
cuada excitación.
21
La dificultad que tuvimos en obtener esta corriente y la con
secuente u t i l i z a c i ó n de barras, cables, terminales, etc. pa-
ra ese n i v e l de corriente; nos hace pensar en una solución más
práctica y a c e q u l b l e , esta es, la de poner en el estator el
d e v a n a d o d e f i n i t i v o de diseño del motor y con tal objeto se
realiza el siguiente cálculo tentativo en base a las dimen-
siones y a valores recomendados para este tipo de motor, ade
más del n i v e l de voltaje preestablecido.
REDISEÑO:
Datos de Partida
El d e v a n a d o de campo que se diseñará y construirá a continua^
clon servirá para dotar al motor de una excitación Indepen-
diente, que permitirá obtener la curva de excitación del m1s_
mo.
Estas bobinas de campo son construidas con la Idea de u t i l i -
zarlas como devanado definitivo. Con lo cual la velocidad del
motor podría ser comandada mediante un control de estado só-
lido (trozador de la onda de voltaje) que regularía el volta
j e a p l l c a d o a l i n d u c i d o .
bobinalm = longitud media = 0.34 mt.
VALORES RECOMENDADOS:
densidad de flujo en el entre-
hierro :
B6 = 6300 Gs.
d e n s i d a d de co r r ien te en el polo
S = 2^2.5 ' A / m m 2
v o l t a j e = 96 vo '3 ts .
22
La resistencia del devanado de uno de los polos seria:
ii Pm.N
i
En donde: R- = resistencia específica del cobre a 70°C
R:i = 0.0206 m
R e s i s t i v i d a d del cobre recocido _=
2
2 = 0.01724
!= 0.0206 — m
La resistencia total de los seis devanados es
RT = 6Ri
Ahora, la corriente circulante es:
I = - - V = 96 volts.6R i
m u l t i p l i c a n d o por N ambos miembros
La densidad de flujo adoptada para el entrehlerro es de
6300 Gs.
Bg = 6300 Gs.
La Intensidad de campo magnético es:
630QxlO-8Vsec/cm2 _ qn¿Ln A/rm
1.25xlO-Bnsec/cm " 5°4°
23
La f.m.m. en el entren Ierro es:
V'"m<5 = óxHó = 0.1 cm x 5040 A/cm = 594 A.v
Pero aunque la reluctancia en el entrehierro del circuito ma_g_
nético es predominante, las demás partes del circuito magnétj_
co tampoco son conductores perfectos del flujo magnético, se
estima que la excitación total necesaria será de un 25 a un
30% mayor.
entonces :
Vm6 = 1 . 3 x V m S ' = 1 . 3 x 5 0 4 ^ 6 5 0 A-v=NI reemplazamos en 1
N - - _ = IN = 650 A _ v
de donde :
M _V _ _ „ n - ImNi = N - °-
0.0206 Imx6x650A = - - — w -
Q . 0 2 0 6 x 3 9 0 0 x l mA 96 '
A = 0.8369 Im
A "= 0.8369x0.34= 0.28 mm2
y el diámetro del alambre
d = 0.6 mm
Tomando ahora la densidad de corriente recomendada
S = 2^2-3 5 A/mm en el polo; escogemos un valor de 2A/mm pa_
ra tener un margen de seguridad en cuando al calentamiento
(en caso d e s q u e el d e v a n a d o no entre en el espacio para la bo,
bina polar, se puede subir este v a l o r de densidad de corrien
te sin salirse del límite especificado).
por definición:
s = JL•^ n
I = SA = 2 x 0.28 mm2 = 0.56 Amp
y,N _ Vm¿ _ 650 A-v n,cn .. ,N - —T— " " n ce* = 1160 vueltas
Realizamos una comprobación para satisfacer la corriente es-
perada a p l i c a n d o los 96 volts.
p - p i ImN _ „ non,- 0. 34x1160 9Q nKI - K r • = 0.0206 ñ—TTñ • = ¿9- &n U . C o
V = 6RixI
V = 6x29.xO.56 = 97,49 volts
Una vez que hemos obtenido el número de espiras y el diámetro
del conductor (1160 vueltas y 0.6 mm.) vamos a a n a l i z a r el es_
pació d i s p o n i b l e para ubicar la bobina en el motor 3 ya que nues_
tro di seño esta l i m i t a d o , obviamente, por las dimensiones del
motor que se dispone.
25
carcaza
polo
Ar"ea disponible pa_ra la bobina.
El área ocupada por un conductor se considera como la que o-
cuparía un cuadrado de lado Igual al diámetro del conductor.
Entonces,, el área ocupada por las bobinas:
Ab = d 2N = 0.62xN = 0.36 mm2x 1160 = 417.6 mm2
El área total d i s p o n i b l e para la bobina en el motor es:
AT = 296 mm2
Además generalmente se reduce esta área disponible en un 30%
para considerar las impresiciones técnicas al devanar la bo-
b i n a , y las i r r e g u l a r i d a d e s del conducto r. Siendo asi el a_
rea total d i s p o n i b l e seria (considerando un 65% del área del
motor: )
AT = 0.65x296 = 192 mm2
De lo anterior podemos observar que las restricciones en cua_n_
to a dimensiones físicas de la m á q u i n a , nos i m p o s i b i l i t a de-
sarrollar la anterior s o l u c i ó n , en la que consideramos valo-
res ideales de densidad de flujo magnético y de densidad de
corriente en el polo.
•001924
26
En consecuencia es menester adoptar valores que den solución
a nuestro caso (dentro de los valores recomendados,) tantode
densidad de flujo como de corriente en el polo:
Nuevos val ores:
Densidad de corriente en el polo: 3 Amp/mm2
Tensión magnética en el entrehierro: 450 A-v
En base a estos valores hacemos un nuevo cálculo del calibre
y numero de conductores:
= IN = 450 A-v-K i
_ n0.
ñ _ 0.0206x6x450xlmM ~ \
A 0.0206x6x450 ,A = lm
A = 0. 5794 lm.
A = 0.579x0.37
A = 0.214 mm2
d = 0.52 mm (#24 AWG)
ahora 5
S =^ A
I = S.A = 3 - r x 0.214 mm2 = 0,642 Ampmm r
N =
27
Es menester i n d i c a r en este punto que l u e g o del c á l c u l o ten-
tativo para los devanados de excitación se realizaron varios
modelos experimentales de bobinas, los cuales nos hacen ver
las dificultades que tenemoiS en la realización de este tipo
de trabajos, p r i n c i p a l m e n t e d e b i d o a la falta de tecnología
adecuada.
Además de enfrentar el problema de introducir las bobinas en
el reducido espacio d i s p o n i b l e , se mantuvo problemas serios
en los que se refiere al barnizado y secado de las bobinas
(sin que se expandan y pierdan su forma al sacarlas del mol-
de. )
CONSTRUCCIÓN DE LAS BOBINAS DEL ESTATOR
MOLDE:
Diagrama de la carcaza con los polos montados
carcaza
MASA POLAR:
28
12
110
Con el proposito de aprovechar al máximo el espacio d i s p o n i -
ble se construyó un m o l d e de madera s i m i l a r al polo, con los
"dientes" que se I n d i c a n en la figura para poder ganar espa-
cio aproximándose más al I n d u c i d o . También se trata en un
p r i n c i p i o de que la b o b i n a quede algo s o b r e d i m e n s i o n a d a , de
tal manera de que en ú l t i m a Instancia se aproveche al máximo
el espacio disponible.
El alojamiento interior de la bobina en el molde de madera se
lo construye con una l i g e r a c o n i c i d a d con el objeto de poder
sacar la bobina con f a c i l i d a d luego de que se haya realizadoel devanado.
MOLDE EN MADERA DEL POLO:
29
MOLDE COMPLETO:
Se construyeron dos tapas de madera que se aseguran entre si
y al m o l d e del polo por medio de dos pernos a través de los
agujeros (1); el agujero central (Z) se dispuso para asegu-
rar el molde completo a la máquina para realizar el devanado
(torno especial.)
Como se podrá ver (fig.anterior) se construyó el molde con des-
tajes relativamente grandes en sus cuatro costados, para ase
gurar la b o b i n a con reata, antes de sacarla del m o l d e de tal
manera de que sufra el mínimo de deformación (expansión espe
c i a 1 m e n t e . )
30
TORNO PARA BOBINADOS:
La m á q u i n a que se utilizó en el trabajo de b o b i n a d o es espe*
cialmente diseñada para el efecto (,foto)
Se procedió entonces a devanar la primera b o b i n a , de "prueba1;
según el c á l c u l o realizado en el apartado 1 .2, esto es 700 vuel_
tas de alambre de cobre esmaltado número 24 AWG.
31
INCONVENIENTES TECNOLÓGICOS:
La primera b o b i n a que se logró realmente adujo muchos defec-
tos, que sin duda permiten mejoras y avances sustanciales.
Las "tapas" del molde cedieron a la presión del alambre, es-
pecialmente en las esquinas, por lo que la bobina Incluso a_n_
tes de sacarla del molde ya estaba e x p a n d i d a ; además., se ase_
guró las b o b i n a s a través de los destajes dejados para el e -
fecto con una cinta a d h e s i v a , pero al sacarla del m o l d e ésta
se deformó, tomando una figura transversal redondeada.
En la b o b i n a de 700 espiras, se observa que sus dimensiones
son excesivas con respecto a las del espacio dispuesto para
su colocación (sin tomar en cuenta la expansión y deformación).
Esto hace que se tome una decisión que es inevitable, debido
a que las dimensiones del motor d i s p o n i b l e no fueron hechas
para el efecto al que hoy le a p l i c a m o s , y es la de construir
una segunda b o b i n a de prueba de 600 espiras de alambre es-
maltado número 24 AWG. Sacrificando sin duda d e n s i d a d de f 1 u_
jo por p o l o , la potencia d e f i n i t i v a del motor será de 4 Kw.
Se colocan esta vez refuerzos de hierro para no permitir la
expansión de las tapas de madera; teniendo también la preca_u_
ción de que antes de sacar la b o b i n a del molde se barniza y
se deja secar al horno por dos horas.
Luego de estas experiencias se siguió para la realización
de las seis bobinas definitivas, el mismo procedimiento que
32
para la b o b i n a descrita anteriormente; pero luego de sacarla
del molde se la barnizó integramente y se la prensó, de tal
manera que después del secado al horno la bobina conserve exá£
tamente las dimensiones pre-establecidas.
A las placas de hierro que
se u t i l i z ó en la prensa se
les untó una d e l g a d a pelícu_
la de grasa, para evitarque
se peguen a la b o b i n a .
Luego del secado parcial a q u e * s e someten en el horno mien-
tras están en la prensa (parcial ya que las placas de pre-
sión no permiten un secado uniforme y total), se las deja s£
car a la temperatura ambiente. "
Una vez que las seis bobinas se han barnizado y secado, se
las cubre con reata de a l g o d ó n (1/2" de ancho y O.OZ mm de
espesor) a medio traslape y sus terminales que los introdu-
ce dentro de spaguetti para finalmente barnizar la reata.
Luego se conforma la bobina p l a n a para que tenga la config_u_
ración circular del motor.
Así realizado el trabajo anterior se lograron bobinas muy
bien definidas que se acoplaron perfectamente al motor en
cuestión y que ocuparon al máximo el espacio d i s p o n i b l e .
33
BOBINAS DEFINITIVAS
Dimensiones de 1 as b o binas de excitación
- Seis bobinas de 600 vueltas de alambre esmaltado # 24 AWG
- Medidas:exteriores: largo: 157 mm
ancho: 73 mm
a l t o : 1 O mm
PRUEBAS DEL DEVANADO ESTATORICO DEFINITIVO:
Se obtuvo la resistencia total del devanado de excitación me_
dlante un puento de Wheatstone y según el circuito que a con_
tinuaclón se presenta se obtuvo el cuadro de variaciones de
la corriente y temperatura del d e v a n a d o en función del tiempo.
34
96 v
dev, exit.-OrrYTTrTTTT^—
I (amp . )
0.94
0.88
0.868
0.855
0.84
Ti empo(mi ñutos )
0
20
30
45
60
Temp. °C
18
40
50
55
59
TEMPERATURA Y CORRIENTE EN FUNC.IQN DEL TIEMPO
35
i (Amp)
1
O . 9
O. 8
0.7
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
60
50
40
30
20
10
t(seg)
36
l-_3 CIRCUITO MAGNÉTICO. CURVA _DE. EXCITACIÓN DEL MOTOR DISPO-
NIBLE
CALIDAD DEL HIERRO:
Hemos d e c i d i d o emprender el diseño ela b o r a n d o el circuito
nético del motor para conocer la c a l i d a d de su hierro.
Esto es, conocer la relación en que se encuentra el flujo ma£
nético en el entren i erro con respecto a la excitación en las
bobinas del estato r (Ampervuelta. )
Abordar este problema es i m p r e s c i n d i b l e , en el objetivo y esen_
cia misma de esta tesis, ya que de asumir una c a l i d a d de hie-
rro normal (aproximada) para motores del tipo del que dispon_e_
mos estaríamos realizando un trabajo por demás somero e in-
fructuoso.
Para realizar las mediciones (Amper-vuelta flujo en el entre-
hierro) se requieren de aparatos de precisión especialmente dj_
señados para el efecto.
Se pensó en primera instancia realizar la medición del flujo
magnético en el entre-hierro con un fluxómetro (Gaussimetro,)
idea que se descartó d e b i d o a la i m p o s i b i l i d a d de conseguir el
mencionado instrumento de m e d i d a ; al no poder contar con este
método directo de medición se decide la opción de utilizar pa_
ra el efecto un galvanómetro balístico.
GALVANÓMETRO BALÍSTICO:
El principal p r o b l e m a que se tiene que enfrentar es que el hji_
lo de torción del galvanómetro balístico del que se dispone en
la E.P.N. se encontraba roto y hubo que reemplazarlo por uno
nuevo.
Esto nos enfrenta a un problema realmente importante; este es,
el que ya no podamos confiar en la s e n s i b 1 i d a d que se i n d i c a
en el aparato, sino que tengamos que realizar una serie de
mediciones en base a parámetros conocidos para determinar u -
na nueva s e n s i b i l i a d que permita medidas correctas en el apa_
rato.
El galvanómetro a utilizar es de tipo balístico y cuya sensj_
b i l i d a d esta dada en coulomb por milímetro.
GALVANÓMETRO:
LEEDS & NORTHRUP Co.
Phi1 a d e l p h i a
SENS: : 0/0019 yc/mm
CDRX : 10000 S7
PERIOD : 23.5 sec.
Cat. No. : 2239 D
R: 1627 fí
(Critical Damping Resistance)
La calibración y cálculo de la nueva s e n s i b i l i d a d se d e t a l l a n en
anexo 1 .
C A L I D A D D E L H I E R R O D E L C I R C U I T O M A G N É T I C O
A: inicio de la, bobina de prueba
1, 5, 1O/ 15: terminales según el numero de vueltas
39
El procedimiento a seguirse para lograr los puntos que nos per_
mitán grafizar la curva corriente de excitación versus flujo
en el entrehierro que dependen de las características magnéti_
cas del hierro del circuito es el siguiente.
Mediante un galvanómetro balístico se captará la carga eléc-
trica que se induce en una b o b i n a instalada en el rotor fig.
anterior y cuyo paso es i g u a l al paso polar del estator, esta
bo b i n a .consta de 15 vueltas con terminales respectivos a l , 5,
10 y 15 espiras.
La excitación se la realizará mediante un devanado adecuado en
los polos del estator.
110 vce.
devanado
nnnrestatódico
Bobinas deprueba enel rotor.
f / \ív/y Balístico
40
Una vez conectados en serle todos los devandados del estator,
se excitan estos con una fuente de corriente continua de 110
voltios a través de una resistencia adecuada para regular la
corriente.
El flujo i n d u c i d o en las bobinas del rotor se podrá conocer
según 1 a ecuaci ón:
AA 2 = (según anexo 1)
La deflexión a del instrumento se logra al cambiar la direc-
ción del flujo sobre la bobina del rotor girando este 60 gra_
dos, de la p o s i c i ó n 1 a la 1' como indica la figura anterior.
La tabla siguiente se obtuvo según el procedimiento anterior.
41
Iexcitación
0 . 1
0 . 1 3
0 , 1 6
0 . 1 6
0 . 1 6
0 . 1 6
0 . 2 0
0 . 2 0
0 . 2 4
0 . 2 4
0 . 2 8
0 . 2 8
0. 32
0 . 3 6
0 . 4 0
0 . 4 5
0 . 5
0 . 6
0.6
0 . 6 9
0 . 8
0 . 8 5
0 . 9 5
0 . 9 5
No.espiras
15
15
15
15
10
10
10
10
10
10
5
5
5
5
5
5
1
1
4
1
1
1
1
1
«i
1 3 2
1 7 5
227
228
145
145
180
184
225
225
147
1 5 2
168
185
210
238
51
59
250
68
76
79
87
87
ai
132
176
230
230
147
147
187
186
229
229
147
151
168
189
211
237
51
60
245
68
76
80
88
87
*
-
Valores promedios de la tabla anterior:
lexcit.
0.1
0.13
0.16
0.16
0.20
0.24
0.28
0.32
0.36
0.40
0.45
0.50
0.60
0.60
0.69
0.8
0.85
0.95
. No.•espiras
15
15
15
10
10
10
5
5
5
5
5
1
1
4
1
1
1
1
ct
132
175.5
228,75
146
184.25
227
150
168
185
210.5
237.5
51
59.5
247.5
68
76
79.5
87.25
*
AX2 =
AX
RGB) a
=> A<j> = AX
lexcit.
0.1
0.13
0.16
0.16
0.20
0.24
0.28
0.32
0.36
0.40
0.45
0.50
0.60
0.60
0.69
0.8
0.85
0.95
No.espiras
1
1
1
1
1
1
1
1
1
J
1
1
1
1
1
1
1
1
a
8.8
11.7
15.25
14.6
18,425
22.7
30
33.6
37.8
42.1
47.5
50
59.5
61.87
68
76
79.5
87.25
Nota: el flujo magnético así obtenido debe ser dividido por 2 ya que se
pasa la bobina de un polo norte a un polo sur y por tanto se ve a-
fectada doblemente por este.
43
A h o r a :
= cb
Cb = 0 . 0 4 5 3 2 y c / d i v i s i onvo l t sea/ , . . . -
a / d i vi s i o n
RI - r e s i s t e n c i a de la b o b i n a del es ta to r = 0 .01 ñ (se desprecia)
RGB = 1 6 2 7
a = según tabla anterior
DATOS REFERIDOS A UNA SOLA BOBINA EN EL ESTATOR
Ie x c i t a c i ó n
( A m p )
0 .1
0 . 1 3
0 . 1 6
0 , 2 0
0 . 2 4
0 . 2 8
0 . 3 2
0 . 3 6
0 . 4 0
0 . 4 5
0 . 5
0 . 6
0 . 6 9
0 . 8
0 . 8 5
0 . 9 5
a ( d i v )
8 . 8
11 .7
1 4 . 9 2
1 8 . 4 3
2 2 . 7
30
33. 6
3 7 . 8
4 2 . 1
47. 5
51
6 0 , 6 8
68
76
79. 5
8 7 . 2 5
* A X 2 x l O - 6
( V s e g )
6 4 8 . 8 7
8 6 2 . 7
1 1 0 0 . 1 3
1 3 5 8 . 57
1 6 7 3 . 7 9
2 2 1 2 . 0 7
2 4 7 7 . 5 2
2 7 8 7 . 2 1
3 1 0 4 . 2 7
3 5 0 2 . 4 4
3 7 6 0 . 5 2
4 4 7 4 . 2 8 '
5 0 1 4 . 0 2
5 6 0 3 . 9 1
5861 .98
6 4 3 3 . 4 3
**<j>( vo l t - s e g )
. 3 . 2 4 4 X 1 0 " 1 1
4 . 3 1 4 X 1 0 - 1 1
5 . 5 x l O - 4
6 . 7 9 3 x l O - 4
8 . 3 6 9 X 1 0 " 4
11 .06 x l O - 4
1 2 . 3 9 x lO-1 1
1 3 . 9 4 x l O - 4
1 5 . 5 2 x lO-1 1
1 7 . 5 1 x l O ~ 4
1 8 . 8 x l O - 4
2 2 . 3 7 x lO-1 1
2 5 . 0 7 x l O - 4
2 8 . 0 2 x lO-1 1
2 9 . 3 1 x l O - 4
3 2 . 1 7 x lO - 1 *
44
A X 2 = 0 . 0 4 5 3 2 x l 6 2 7 x x ] Q - 6 (v di v
A A 2 = 73. 7 3 5 x l O - 6 a >*
]_._4 REDISEÑO _Y CONSTRUCCIÓN DEL DEVANADO INDUCIDO
VALORES RECOMENDADOS
Según recomendaciones la Inducción magnética en e] entrehIe-
rro es B' = 6400 Gso
Y la corrí ente por centímetro en la superficie del rotor es
200 Amp/cm.
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS _D£ LAS RANURAS DEL MOTOR: CALCULO
DEL DEVANADO
Las ranuras del I n d u c i d o del'motor se muestran e n 1 a figura
siguiente, en el p l a n de devanado se e x p l i c a r á como se afron_
ta esta particularidad del motor en cuestión.
46
El flujo magnético por polo será:
= ApxBó= 4.65x10.9x6400= (j>p = 324384 Mx
El número total de conductores (devanado ondulado)
VI 86.4£ JLa 60 ,x!0- _3 2500
1 60
= 213324.384xlO~8
Este numero tiene que ser m ú l t i p l e de Z3 número de ranuras
Z=58, y aún más m ú l t i p l e de 4.
n
Se consideran estas dos ranuras como una sola y debido a es-
to se debe optar por 4 o m ú l t i p l o de. 4 conductores por ranu-
ra.
Considerando la forma de las ranuras, es conveniente optar por
4 conductores por ranura (.ver p l a n de devanado) y con esto:
z - 4.58 = 232
Este valor de z- nos da otro valor de
47
= 324384x||| = 295272 Mx.
Bó =295P7? 295272¿ys¿/¿ = 64QO x ¿^¿/¿ = 5825 Gs324384 324384
ahora, calculamos el número de espiras por bobina
Ib = 2K K = $ de delgas
2322x58
_ o
= 2
Valor promedio de voltaje entre delgas:
V = volts
VQ = 9.9 volts (límite máximo según normas: 15 - 16 volts)
PLAN DE DEVANADO:
Tipo de dev a n a d o Rotórico:
0C9)©©
48
El c á l c u l o lo hacemos tomando como que cada par de ranuras al
tas y bajas son una sola con cuatro lados activos de b o b i n a .
0©©0
0©© ®
® ©© ® -
ahora:
paso pleno = paso polar
p-aso fraccionario es mayor o menor que el paso polar
Definición: Para un mismo flujo polar, a una bobina de paso
pleno corresponderá una máxima f.e.m. i n d u c i d o .
CALCULO:
# total de conductores activos
TT el ementes
Z = 232
S = 58
p = 3 pares de polos
4 lados de elemento por ranura
1.- $ de lados de elemento 25 = 116 (lados)l l ft
2.- i ranuras: nr = —*—
3.- numeraci on:
= 29
Se marcarán con números impares los pr i n c i p i o s de b o b i n a ( y
estos irán arriba) y con números pares los finales.
49
4.- Paso polar
29X = ~-c— = 4.8 ranuras por polo
A = —F— = 19.33 lados de elemento por polo
5.- Paso del colector
= 19 (regresivo)
6.- Pasos del e n r o l l a m i e n t o y pasos parciales:
Ye = Yi + Y2 = 2YC = 38
Y!= Y2 = 19
NOTA: el paso .Y, de la bobina debe ser lo más cercano
al paso polar. Preferiblemente menor., para me-
jorar la conmutación-(chisporroteo, etc.)
7.- Paso de ranura = 4
1 3 5 7 9 1 1 1 3 1 5 1 7 1 9 21 23 25 27
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
1 2 3 4 5 6 7
* ver cuadros de devanado (1) (2) (3) l á m i n a s siguientes.
CALCULO DE LA SECCIÓN DEL CONDUCTOR:
5o
Densidad de corriente a d m i s i b l e : H7 = 5-5,5
IN = 62
teniendo un devanado o n d u l a d o ,
2a = 2
Ibrazo =Ii 62 -= 31
Sección de conductor necesaria:
S = >razo 31 £ ¿- 6 mm•S,. 2 (¥=5.2)
0.4
2.6
3.4
20
Área total de la ranura
= 68 mm2
Se supone que el espesor del esmalte es - 0.15 mm en ambos
lados (Alambre que entra con juego necesario:2.5 mm de ancho)
Medida del ancho del cobre:
b 1 = 2.5 - 0.15 = 2.35 mm
51
Altura necesaria
~ T " 2.35 -
a = 2.55+0. 1 5 = 2.7 mm
medidas necesarias
b = 2.5 mm
Por razones tecnológicas es necesario reconsiderar el aspec-
to del devanado y optar por alambres redondos en p a r a l e l o .
Esto significa que por la pérdida de sección útil de cobre,
d i s m i n u i r á la potencia; en cambio., se simplificará la labor
de devanar la armadura.
Reduciremos la potencia nominal a 4 Kw. . debido al limite de
corriente por mm2 de sección de cobre:
PN = 4 KWPint = 4. 76 Kw
IN = 55 Amp
cf>p = 280200 Mx
65 = 5529 Gzuss
z = 232„ ro 29 altas* ranuras = 58 2g bajgs
# delgas = 58
Con esto el numero total de conductores se deja en 232 con lo
cual tenemos 8 conductores por ranura.
52
NUMERO DE ESPIRAS POR BOBINA
z = 2322K 2x58
= 2
Z = 232 # total de conductores activos
z = 2 ir de conductares por lado de elementoS = 58 ir de el ementos
P = 3 pares de polos
Z = 2xSxz = 2x2x58 = 232
4 lados de elemento por ranura
entonces:
$ de lados de elemento 2S = 116 (ver cuadros plan devanado)
SECCIÓN DEL CONDUCTOR:
IN = 55 Amp
2a = 2 devanado onduladoIN 55
I b razo = o^ ~ ~o~ ~ 2 7 . 5 Amp
Sección necesaria del conductor
S = Ib razo 27.55.2 -= 5.29 mm2
d = 2.59 mm
53
20
7.3
3.4
'1-2'
AWG
9
10
11
Diám.(mm)
2,906
2,588
2,305
Área(mm2)
6,634
5,262
4,172
deb i d o a que el a l a m b r e de
2,588 mm de diámetro no pa^
sa por la ranura se deberá
reemplazar cada alambre por
cuatro de sección mitad.
3.4
AWG
15
16
17
18
19
Diám.(mm)
1,450
1,291
1,150
1,02
0,9
Área(mm2)
1,650
1,309
1,038
0,817 •
0,636
54
CONSTRUCCIÓN:
Una vez determinados el numero de conductores, la corriente
nominal y el espacio físico antes de empesar el (-bobinado; v_a_
mos a referirnos a la parte tecnológica en la real 1 zaclón de
las bobinas del Inducido.
La forma física de las ranuras nos I m p i d e Introducir por su
parte superior de las ranuras una'barra rectangular del á-
rea determinada, esto es 5.29 mm2; es por esto que es nece-
sario reconsiderar el aspecto del d e v a n a d o y optar por a -
lambres redondos en paralelo.
Esto significa que por la pérdida de sección útil de cable
se d i s m i n u i r á la potencia; en cambio, se simplificará la 1 a_
bor de devanar la armadura.
El cálculo anterior del área d i s p o n i b l e nos da el número de
conductores y su área que pueden ser u t i l i z a d o s en paralelo
en cada b o b i n a .
La figura muestra 8 conductores por bo.blna. . .
Conductores # 18 esmaltados de 1.02 mm de diámetro y una á-
rea de 0.817 mm2.
55
Oooo\
oooo
Jx ,
Oooo
V
0"ooo
Jf
Oooo
0"ooo
o oo oo oo o
Ahora bien, este trabajo esta enmarcado en el plano experi-
mental y por tanto es menester probar los cálculos realiza-
dos que no siempre coinciden con las p o s i b l i l i d a d e s reales.
En este caso, y como se dijo anteriormente estamos perdien-
do sección útil de cobre al utilizar alambres redondos, de-
bemos tratar de introducir en las ranuras el mayor numero po-
sible de alambres en p a r a l e l o ; es por esto que se probó in-
troducir dos conductores más por bobina.
57
MOLDES DE LAS BOBINAS:
Los moldes se los realizó según los cálculos hechos en el
p l a n de d e v a n a d o , esto es con un paso de colector I g u a l a 19 <
y un paso del arrollamiento i g u a l a 19.
Y2
Esto considerando un par de ranuras altas y bajas del i n d u -
cido como cuatro en la superficie del rotor (ver cuadro de
devanado # 1)
Una vez devanado el i n d u c i d o de esta forma a u x i l i a r , se enu
meran y se introducen en la forma verdadera en que van a es-
tar dispuestas en el i n d u c i d o (ver cuadro de devanado # 2)
56
La configuración que se muestra dio buen resultado
tal y por tanto el número de conductores definitivo por bobj_
na será de 10 alambres redondos # 18 AWG de área 0.817 mm2.
El área total de cobre de cada bobina será:
0.817 mm2x 1 0 = 8 . 1 7 . m m 2
Una vez determinados el diámetro y el número de conductores
en paralelo por bobina., se .procedió co:mo si.gue para devanar
el i n d u c i d o :
58
de donde se obtiene la ubicación, forma y dimensiones preci
sas de las bobinas para poder conformar los moldes.
58 1 2 3 4' 5 6 7 8 9
59
Luego se procedió a conformar las cabezas de bobina tal co-
mo fueron conformados los moldes; esto es 29 grandes y 29 p_e
quenas:
Se procede en seguida a quitar el esmalte y estañar las 580puntas que corresponden a las 58 bobinas.
-De asta -man.era. quedan listas para ser colocadas en eT indu-
cido todas las bobinas en la forma y orden como se i n d i -có anteriormente.
AISLAMIENTO:
El aislamiento se lo realizará con "Prespan" de 0.20 mm deespesor en la forma como se i n d i c a a continuación.
60
Fueron necesarios 29 elementos 1; 116 elemento 2; y 29 del 3.
Luego se procede a cortar 58 tiras de fibra aislante con el
objeto de rematar con estas las aberturas superiores de las
ranuras, e impedir que los alambres del bobinado se salgan por
acción de la fuerza centrífuga.
61
Ahora que se tienen todos los el amentos necesarios para el
devanado i n d u c i d o , procede a conformarlo de acuerdo al or-
den y forma que se dejó determinado en el p l a n de devanado.
62
Los terminales estañados, de las bobinas se soldaron a las ra
nuras del colector Coue también deben ser previamente estaña_
das ) .
63
El I n d u c i d o terminado de bobinar se i n d i c a en la figura si
g u i e n t e :
Se requiere "zunchar" las cabezas y terminales de las bobi ñas
para asegurarlas con mayor firmeza e i m p e d i r que la fuerza cen
trífuga creada al girar el motor las pueda abrir.
Por último se barnizara todo el devanado i n d u c i d o para que
con esto quede te r mi nada la labor.
64
INDUCIDO TERMINADO
PORTA-ESCOBILLAS. ADECUACIONES E INSTALACIÓN
El porta-escobillas se muestra en la figura siguiente:
La pletina "L" conecta entre si los pares de escobillas a,
b y c mientras la pletina "2" conecta entre si los tres pa-
res de esco b i l l a s restantes mediante los cables que se mues_
tran en la fig.
65
Estas pletinas a su vez se conectan a los terminales X y Y
que son los terminales del i n d u c i d o .
De los seis pares de e s c o b i l l a s originales del motor, conec_
taremos para nuestro caso solamente dos pares ya que el de-
vanado en cuestión es o n d u l a d o .
66
1-1 DISEÑO Y, CONSTRUCCIÓN DEL DEVANADO DE_ CAMPO (EN_ SERIE)
DEFINITIVO DEL MOTOR
DATOS DE PARTIDA:
Debido a la i m p o s i b i l i d a d de contar con el "chopper" para
controlar la velocidad del motor; se ha tenido que constru-
ir un devano serie, que permita 'la r e g u l a c i ó n por métodosconvencionales.
Este d e v a n a d o reemplazara al de excitación independiente que
fue diseñado y construido para que se regule la v e l o c i d a d
del motor mediante un trozador de onda de voltaje a basede thyri stores.
DISEÑO:
Debido a que en este c a s ó l a corriente que circula por los
conductores de las bobinas de campo es la misma que pasa
por el i n d u c i d o , la corriente de diseño será de 55 Amp.
Se toma una densidad de corriente en el polo de 5 Amp/mm2; al_
go superior a los valores recomendados (2-3 Amp/mm2) en b_a_se a que el motor tendrá períodos cortos de funcionamiento
y sobre todo a las limitaciones físicas en cuanto al espa-cio de ubicación de las bobinas.
s = A
En donde :
S d e n s i d a d de corriente en el poloI corriente de excitaciónA área transversal del conductor
67
A = K5 Amp/mm = 11 mm 2
Esta área total se logrará por medio de conductores redon-
dos en paral el o.
Además por facilidades tecnológicas en la construcción de
los devanados, esto es, para d i s m i n u i r la sección de los
conductores; se excitará el campo en dos grupos de tres po_los en serie; y estos a su vez en paralelo como se i n d i c a
en el circuito y figura siguientes:
POLOS
N
DEVANADO DE EXCIT.
INDUCIDO
68
Se tomó en consideración el evitar los polos en serie a l -
ternadamente (como se indica en la fig. anterior) de mane-
ra que el flujo resultante en el entrehierro sea uniforme.
Esto reduce a la mitad e l - a r e a necesaria del conductor ya
c] u e la corriente de excitación se d i v i d i r á en dos ramales
(naturalmente aumenta el numero de espiras al doble.)
A = 5.5 mm2
El número de espiras estará impuesto por el máximo número
de e l l a s que se p u e d a n introducir en el área dispon i b l e , ya
que no se puede preestablecer con precisión unos amper-vuel
ta y un flujo de excitación, sino tratar de obtener los va_
lores más altos que permita el espacio físico d i s p o n i b l e .
69
Esta decisión se toma en base a la experiencia que se obtu_
vo y que se puede constatar en el apartado 1.2; en el cual,
como en este caso, se realizaron bo b i n a s experimentales que
dejan ver claramente las dificultades tecnológicas que ser
presentan.
CONSTRUCCIÓN:
Mediante bo b i n a s de prueba se logró establecer el numero
de espiras máximo de las bobinas de campo.
Es a s i , como conociendo el numero de espiras, el área de
los conductores y las dimensiones de las bobinas se puede
proceder a su construcción.
A = 5.5 mm2
Número de espiras = 24
La construcción en lo que se refiere al aspecto tecnológi-
co, esto es al moldeo, bobinado, barnizado y conformado de
las bobinas, se realiza, de la misma manera en que se proce_
de en el apartado 1.2 ya que las dimensiones externas son
las mismas.
BOBINAS DEFINITIVAS
Sus características se presentan a continuación:
Número de espiras: 24
Número de alambres en p a r a l e l o : 6
Diámetro de los conductores: 1.02 mm
Área de los conductores: 1.04 mm2 c/u
Área total en p a r a l e l o 6.24 mm2
Amper-vuelta: 600 A-V
70
1.6 PRUEBAS DEL MOTOR EN EL LABORATORIO
El motor se a c o p l a a un dinamómetro, para obtener sus ca•
racterísticas en carga.
Se obtienen las siguientes curvas características para al gu_
nos n i v e l e s de voltaje. Esto es 24, 48 y 96 voltios.
Los gráfieos siguientes representan:
n = f(T) velocidad función del torque
T = f(I) torque fuñe ion de la corrí ente
I = f(Vv Vm) corriente función de la v e l o c i d a d del vehículo
y d e l m o t o r .
71
24 volts
I (Amp)
41
40.8
39.5
38.5
38
.35
33
3015
28.3
26
23.5
21 .5
20
18
16. 6
15.4
14
12.6
F(Newx0.5)
46.5
45.3
43.5
41 .5
40
35
30
26
21 .5
17.5
13.3
10
. 7 .
4.5
3
1 .5
. 1
0.2
n(RPM)
490
493
500
510
550
560
600
635
678
' 730
780
850
925
1000
1055
1140
1240 .
1380
48 volts
I (Amp)
60
58
57,6
56.4
52
51 .2
50
46S5
4452
43.2
40
35 . 8
32.5
30.5
28
22.5
22
17
14
F(Newx0.5)
82,5
80
79
77
66.5
65
62
55
50.5
48
42
33. 5
27.5
24.5
19
11.5
10.5
5
2
n(RPM)
840
845
850
900
910
928
930
973
998
1010
1050
1160
1200
1290
1400
1580
. 1700
2050
2400
72
60 volts
I (amp)
65
63
60
56
52.6
51 .2
47
41
38
33
28
IF(Newx0.5)
96.5
91 .5
84
74
65
63
56
44
35
26
15
n(RPM)
1050 .
1060
1120
1130
1180
1200
1245
1340
1420
1600
1900
96 volts
I (Amp)
70
65
59
54
49
43
38
35
29
22
•
F(Newx0.5)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
n(RPM)
.1648
1720
1760
1840
1918
1980
2180
2396
2770
3400
r = 23 cm.
Tomando la corriente máxima de arranque como 100 Amp. (me-
diante resistencias a 24 volt) se logra obtener el punto de
corte con las absisas de la curva de 24 volt, en la caract_e_
rística n = f (.T) .
Z'O ¡ 30 i 40 j i SO , 9,O 100 . 110
73
El punto anterior se logra prolongando la característica
T = f(I) ya que esta es una recta (en la sturaclón.)
En la característica I = f(Vv y Vm) el cambio de voltaje
(de curva) para aumentar la v e l o c i d a d del v e h í c u l o debe da_r_
se en los n i v e l e s más bajos de corriente de cada una de
e l l a s , para una mejor conmutación; .todo esto claro está d_e_
pende de la forma de conducción del v e h í c u l o .
El motor en carga se puso en funcionamiento mediante res is_
teñe las de arranque ya que la corriente era excesiva 1 n c 1 _u_
so con 24 voltios.
La resistencia interna del motor es de 0.14 ; y con esto la
solución Ideal es arrancarlo con 12 voltios ya que la co-
rrí ente serla:
12V. nr 7 A
= 85-7 A m p-
Con lo cual se evita la resistencia de arranque dado que
la corriente no excede al d o b l e de la n o m i n a l .
74
Parte 2
ANÁLISIS Y APLICACIÓN -DE LOS A C U M U L A D O R E S A UTILIZARSE
2.1 Tipos de acumuladores.- Su desarrollo y a p l i c a c i ó n pa-
ra vehículos urbanos de propulsión eléctrica.
Acuml. de plomo-ácldo y su a p l i c a c i ó n . - Conexionado y
eficiencia esperada.
2.1 En los últimos anos han surgido nuevas fuentes electro-
q u í m i c a s de energía^ como por ejemplo la batería de S o -
dlo-azufre, Lltlo-cloro, Litio-fluor 3 y Zlnc-alre. De to.dos
los. sistemas enumerados el .único a p l i c a b l e a v e h í c u l o s eléc-
tricos es el nombrado en ultimo lugar. El desarrollo de las
baterías de combustible, (células electroquímicas) pese a to_
dos los adelantos no ha alcanzado todavía la madurez necesa-
ria para a n a l i z a r su rendimiento.
Sin embargo, la batería que mayores perspectivas y api lea clon
tiene en este campo es la de. Plomo-ácldo debido a que ha si-
do 1 a • má-s desarrollada e 1n vestí gada . Así desde 1950 hasta
la a c t u a l i d a d , se ha logrado aumentar la c a p a c i d a d de los a -
cumuladores de plomo en un 25%; aunque todavía no se ha 11 e -
g a d o a s u t o t a l d e s a r r o l l o .
75
2.2 CARACTERÍSTICAS DE DIVERSOS TIPOS DE ACUMULADORES:
Caracterlsticas que deben tener 1 as baterías empleadas para
1 a propul slón de automóvi 1 es el actrices :
La tensión usual del motor en pequeños transportes es de 144
voltios y en autobuses de 360 voltios. Estas tensiones co-
rresponden a 72 y 180 elementos de a 2 v. cada una, respectj_
vamente, conectados en serie.
El peso de estas baterías según sea su capacidad oscila en-
tre 800 y 4000 Kg. i n c l u i d a la caja de baterías de chapa de
acero.
La energía a c u m u l a b l e en este tipo de baterías oscila entre
20 y 25 KWh. en pequeños vehículos; en autobuses es del or-
den de los 100 KWH.. Esta energía es suficiente para al can -
zar a p l e n a carga útil un radio de acción de 60 a 100 Km.
Reemplazando la batería agotada por una recargada.se puede fa_
cuitar y a m p l i a r la Autonomía del vehículo.
La necesidad que se tiene de recargar frecuentemente las ba-
terías ex i ge que los elementos que intervienen sean unifor-
• mes en sus características eléctricas, de manera que durante..
la descarga de la batería no resulte n i n g ú n elemento descar-
gado excesivamente, lo que d a ñ a r í a . l a batería completa en muy
poco tiempo.
Lo anterior i m p l i c a una gran uniformidad en la c a l i d a d del ma
te.rial de las placas.
76
De una batería para propulsión de vehículos eléctricos son de esperar
1500 ciclos de descarga.
1.- Elementos con Litio como electrodo negativo
(Este tipo de elementos se .clasifican en dos clases:
a) con electrolitos orgánicos diluidos: como electrodos positivos, níquel
.cloruro de níquel, cobre-fluoruro de cobre, cobre-sulfuro de cobre, o
plata cloruro de plata .
b) Con sales fundidas como electrolito, por ejemplo litio-cloro.
Estos elementos trabajan a temperaturas comprendidas entre los 600 y 800T
Estos dos sistemas dado el costo del litio y su escasez, no son :de gran
aplicación ni para grandes unidades ni para grandes series.
Entrada del cloro
Salida de gases
Nivel delcloro liquido
Electrodo de Litio
Electrodo de cloro
11
Z.- Acumuladores de Sodlo-Azufre
La figura muestra un elemento de sodio-azufre que comprende un ínter-
cambiador de iones cerámico (espesor de unos 2 mm)3 que trabaja a una
temperatura de 300°.C. La reacción 2Na - S = Na2$ no se realiza según el
esquema sencillo indicado, por ser el sulfuro de sodio un elmento no con_
ductor.
La reacción conduce solo hasta un producto altamente sulfurado (NaS ),por
lo que, al adquirir la entalpia de formación libre una distribución uni-
forme sobre ambas etapas de sulfuración, se reduce el contenido de ener-
gía de 1300 a 680 Wh/Kg. Hasta la fecha solo se ha logrado preparar mode-
los experimentales con unos 10 gr. de substancia reactiva.
Hay que tener en cuenta también el peligro que representa el sodio Hquv-
do; ya que bastan pequeñas cantidades de sodio a una temperatura ambien-
te, para que se poduzcan intensas reacciones en presencia de agua.
-Sodio líquido
-ElectrolitoCerámico
-Electrodo de azufreconductor
"78
3. - Acumuladores de Zinc-Plata
La batería de Zinc-Plata ha alcanzado técnicamente un alto nj_
vel de desarrollo, por lo que; atendiendo a su densidad de e_
nergía podría ser muy a p r o p i a d o para v e h í c u l o s urbanos de pr£
pu l s i ó n eléctrica. Sin embargo las escasas d i s p o n i b i l i d a d e s -
de plata y los costos elevados de fabricación no permiten ado£
tar este sistema.
El precio de una batería de Zinc-Plata de ZO kWh3 tiene un co_s_
to de unas 10 veces mayor que el de la batería de plomo más
cara, además que su vida útil es 15 veces menor que la de una
de pl orno.
4.- Elementos de combustible (células electroquímicas)
En principio se puede también considerar para vehículos urba-
nos de p r o p u l s i ó n eléctrica,, los elementos de combustible, ya
sea empleados aisladamente o en p a r a l e l o con acumuladores de
al ta capad dad .
De estos elementos solo el que emplea como electrolito Lejía
'de potasa se- h a l l a - - l o suficientemente desarrollado.
Como combustibles hay que considerar únicamente el hidrógeno,
alcohol metílico y, solo para casos especiales por su e l e v a d o
costo/1 a • hi draxci na . Cromo ag-ente -oxi-dante se emple-a oxígeno
puro o ai re.
Los acumuladores de c o m b u s t i b l e no solo son técnicamente rea-
lizables, sino que en al'gunos casos pueden ser más -1-i vvanos
que otras fuentes. Basta con decir que estos acumuladores se
emplearon con éxito en las astronaves Gemini y Apolo.
79
Actualmente las instalaciones de los a c u m u l a d o r e s de combus-
t i b l e , incluyendo las botellas de hidrógeno y oxfgenoson más
ligeras, a i g u a l d a d de potencia, que las de plomo-ácido siem_
pre que la descarga sea superior a las 5 horas.
Las mejoras que constantemente se incorporan a este tipo de
acumuladores puede l l e g a r a hacer de este uno de los mejores
sistemas.
5.- Acumuladores de Z i n c-A i r e:
Son las baterías con mayores perspectivas de realización té£
nica, ya que no existe n i n g u n a l imitación en lo que se r e f i £
re al costo de la materia prima, ni a los costos de produc-
ción.
La única d i f i c u l t a d reside en su r e c a r g a b i l i d a d . La reposi-
ción de los electrodos gastados por unos nuevos no resultaple_
ñámente satisfactoria, siendo más aconsejable el cambio de ba_
ternas completas por otras regeneradas en estaciones de car-
ga dispuestas para el efecto.
Aire y nitrógeno
ñire
Bomba deelectrolito
Deposito deelectrolito
80
6.- Acumuladores a l c a l i n o s :
Las baterías de plomo serían verdaderamente las más perfec-
tas sino tuvieran el defecto de ser sensibles al fenómeno de
sulfatación, que es el mayor inconveniente que presentan.
Ya que la sulfatación se produce gracias a la presencia del
plomo en las placas, se encontró un material que fuera capaz
de obrar tan eficientemente como el plomo en el proceso de
transformación química de la electricidad.
De aquí nacen los acumuladores cuyos soportes eran de hierro
ni q u e l y con lo que se sentaba las bases de lo que después se
desarrollaría con el nombre de acumuladores a l c a l i n o s , tam-
bién conocidos ~con el nombre de a c u m u l a d o r de ferro-níquel.
El margen del bajo precio y del alto voltaje que se puede o^
tener de los acumuladores de plomo, los acumuladores a l c a l i -
nos resultan mucho más perfectos y poseen muchas ventajas so_
bre este,
Acumuladores de plomo-ácido:
Los acumuladores de plomo son los más utilizados y aunque su
uso presenta algunas molestias además de que su v i d a es bas-
tante l i m i t a d a , su bajo precio de a d q u i s i c i ó n y su e l e v a d a
f.e.m. por elmento, ha aconsejado su uso con preferencia a o-
tros sistemas, de acumul adores como los mencionados anterior-
mente.
Más aún, no tenemos mucho de que escoger en nuestro mercado
local además de que las l i m i t a c i o n e s tecnológicas nos i m p i -
den cualquier experimentación no se diga aplicación de los
otros t ipos de a c u m u l a d o r e s que m e n c i o n a m o s podr ían p r o v e e r
de e n e r g í a a los v e h í c u l o s p r o p u l s a d o s e l e c t r i c a m e n t e ,
Es por es to que a t e n d i e n d o al p e s o , v o l u m e n , rentab i l idad y
c o m e r c i a b i l i d a d 3 la s o l u c i ó n más f a v o r a b l e pa ra n u e s t r o ca -
so lo cons t i t uyen los a c u m u l a d o r e s de P l o m o .
2 . 3 A C U M U L A D O R E S D E P L O M O - A G I D O
Los e lementos fundamenta les de los que se compone un acumule^
dor de p lomo son los s i g u i e n t e s :
a ) P l a c a s de p lorno
b) Una so luc ión de óx ido de plomo c o l o c a d a en los a l v e o l o s
de l a s p l a c a s .
c) Un e lec t ro l i t o c o m p u e s t o de ag-ua y á c i d o su l f ú r i co .
Conexiones entre placas
Aisladores de madera
Recipiente
Placas positivas
Placas negativas
82
Con estos elementos, el funcionamiento del acumulador se prp_
duce en la s i g u i e n t e forma:
Disp o n i e n d o desde el puntp de vista químico de los si guien tes
elementos:
1 .- El plomo (Pb)
Z.~ El oxigeno (0), contenido en el agua y en el ácido sulfú_
rico.
3.- El hidrógeno (H), conten i do en los mismos elementos que
el anteri or.4. - El azufre (S) contenido en el ácido sulfúrico.
Estos cuerpos químicos son los que en diversas combinaciones,
entran a formar parte del conjunto del acumulador y las com-
b i n a c i o n e s q u í m i c a s que adoptarán, al unirse unos con otros
en virtud del paso de la corriente eléctrica, dará l u g a r a la
formación de los siguientes cuerpos que, al transformarse, e_
fectuarán la labor de convertir la energía de química en e -
léctrica y a la inversa. Estos son:
a) Plomo esponjoso o plomo puro (Pb)
b) Peróxido de plomo (PbCh), formado por una parte de plomo
y dos partes de oxígeno.
c) Sulfato de plomo (SCUPb) que contiene una parte de azufre
cuatro de oxígeno y una de plomo.d)' Aci do sulfúrico (SO^Hz) compuesto por una parte de azufre
cuatro de oxígeno y dos de hidrógeno,
3.) Agua pura (H 2 O) dos de hidrógeno y una de oxígeno.
Como se vio en la figura anterior existen en el acumuladorplacas positivas y negativas entre las que se establece ladiferencia de potencia al que da origen a la corriente ele£
trica.
83
El material activo de la placa positiva es el peróxido de pío
mo (Pb02) mientras la placa^ negativa se h a l l a compuesta úni-
camente de plomo esponjoso ( P b ) . Los otros cuerpos citados,
osea ácido sulfúrico y agua se (h a l i a n en estado l í q u i d o alr_e_
dedor de las placas y forman lo que se l l a m a el electrolito.
Cuando los diversos cuerpos químicos se h a l l a n en la siguier^
te forma la batería se h a l l a en:
ESTADO D£ CARGA
Placa positiva Electrolito Placa negativa
Pb02 SOUH2+H20 Pb
Si se coloca un aparato consumidor a los bornes de la batería
se producirá una corriente eléctrica. Entre las placas del
acumulador existirá el paso de la corriente desde la pl acá po_
s i t iva a la n e g a t i v a , según el sentido real.
Durante la descarga las placas se convierten parcialmente rj_
cas en sulfato de plomo, mientras el electrolito queda más po_
bre en ácido y más rico en agua.
De esta manera en cuanto a proceso químico., en las s i g u i e n -
tes condiciones una batería se h a l l a en:
ESTADO DESCARGADO
Placa positiva Electrolito Placa negativa
SO^Pb S04H2 + H20 S-0IíPb
84
Se debe aclarar que esta situación se cumple desde el punto
de vista químico, con bastante mayor complejidad que la de_s_
crita. En r e a l i d a d el exacto proceso q u í m i c o que se establj^
ce en la batería durante el tiempo de carga y descarga no ha
sido todavía aceptado sin dejar duda alguna.
Se ha analizado brevemente la constitución y pri nci pi o de fun_
cionamiento de la batería de plomo, ahora nos referimos a
las características de esta que más nos interesa para su apli_
cae ion en la tracción eléctrica^ estas características son:
- Características de carga
- Características de descarga
- Acoplamiento de acumuladores
- Características técnicas de una batería de acumuladores:
Capacidad
Intensidad de carga y descarga
Tensiones de carga y descarga
Energía utilizable
Rendimiento.
Características de carga:
En la siguiente figura se representa esquemáticamente el c i r_
cuito de carga de una batería de acumuladores.
El circuito de carga comprende de un interruptor u n i p o l a r un
disyuntor automático u n i p o l a r de mínima tensión y un amperí-
metro. El disyuntor impide que la tensión entre la batería y
el generador se anule, descargándose la batería.
Entonces, la batería actúa como un receptor de energía, .con
una fuerza contra-electromotriz E 1 .
85
Interruptor
Disyuntor demínima tensión
Representación esquemática del circuito de carga deuna batería de acumuladores.
Si E es la fuerza electromotriz de la fuente de carga y R la
resistencia total del circuito, comprendiendo la resistencia
interior de la batería, la corriente de carga será:
I = E - E 1
R
El la fi gura siguiente se expresa la v a r i a c i ó n de la fuerza
electromotriz de un elemento para una carga de 3 horas.
Los elementos de juicio para determinar el final de la carga
son las siguientes:
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ese momento cae bruscamente a 1.8 V lo que significa que la
batería ha quedado completamenté descargada.
La corriente de descarga es:
T —
R - rt
En donde: E fuerza electromotriz de la batería
r-t resistencia interior de la bateria
R resistencia del circuito interior
Las características de carga y descarga de una batería de pl£
THO son elementos de juicio imprescindibles para manejar corre£
tamente algo tan importante como la fuente de energía del v£
hí cul o ,
Acoplamiento en Seri e
Fuerza electromotriz total:
E = ne
R e s i s t e n c i a i n t e r i o r :
rt = nr
I n t e n s i d a d d e c o r r i e n t e p r o d u c i d a :
R + nr
T e n s i ó n e n l o s b o r n e s d e l a b a t e r í a
V = ÜE_Q—
R + nr
89
P o t e n c i a e l é c t r i c a sumin is t rada ;
p =CR + nr)2
(En las ecuaciones anteriores:
n numero de elementos de la batería
e fuerza electromotriz de cada elemento
r resistencia interior de cada elemento
R resistencia del circuito exterior
CAPACIDAD
La c a p a c i d a d de un a c u m u l a d o r es la can t idad de e lec t r i c i dad
que puede al nracenar .
Se la m ide en A m p e r i o - h o r a .
1 Amper i. o -hora = 3600 coulomb i os
INTENSIDAD DE C A R G A Y D E S C A R G A '
Las in tens idades de d e s c a r g a son p r o p o r c i o n a d a s por e l fabrj_
can te y es tán en func ión de la d u r a c i ó n de la d e s c a r g a . Por
ej e m p l o :
Capacidad en Intensidad de Duración de laAmperio-Hora descarga Amp. descarga Horas
60 30 2
Se puede obtener picos de corriente de descarga instantáneos de
máximo el d oble de la capacidad indicada.
En todos los casos, puede adoptarse una intensidad de carga
90
Inferior a la considerada como normal aunque, naturalmente a
costa de aumentar la duración de la carga.
La intensidad de carga debe reducirse a la mitad cuando co^
miencé el desprendi-miento de gases en la batería.
TENSIONES DE CARGA Y DESCARGA:
Figura. Valores de tensión en bornes de un acumulador de p 1 o_
mo s para diferentes regímenes de carga.
1 2 3 4 5 - 6 7 8 9 1 0
Tiempo de carga en horas
Valores de la tensión en bornes de un acumulador de plomo, para diferentes regímenes de carga.
Fig. Valores de la tensión en bornes de un acumulador de pl£
mo, para diferentes regímenes de descarga.
1 2 3 4 - 5 6 7 8 9 1 0
Tiempo de descarga en horas
Valores de' la tensión en bornes de un acumualdor de plomo, para diferen
tes regímenes de descarga.
R E N D I M I E N T O :
E n l a p r á c t i c a , s u c e d e q u e u n a p a r t e d e l a c o r r i e n t e d e ca_r,
g a , e s p e c i a l m e n t e a l f i n a l de l a m i s m a , s e e m p l e a en descom_
p o n e r e l a g u a , y como c o n s e c u e n c i a de e s to , es m a y o r e l n G m _ e _
r o de a m p e r i o s - h o r a de c a r g a que e l n ú m e r o de a m p e r i o s - h o r a
d i s p o n i b l e s p a r a l a d e s c a r g a .
92
Régimen de descarga en horas
1 2 3 5 7.5 10
Rendimientos 0.7 0.73 0.75 0.75 0.75 0.75
93
2.4. BATERÍAS A UTILIZARSE COMO FUENTE PARA EL AUTOMÓVIL ELE_C
TRICO DISEÑADO:
Tipo:
Número :
Voltaje:
Capacidad:
Peso:
Voltaje total:
baterías de p l o m o á c i d o
8
12 v o l t i o s c/u
60 amperlos-hora c/u
17 Kg. c/u12 x 8 = 96 voltios
94
PARTE 3:
CONTROL DE VELOCIDAD DEL MOTOR
3.1 CARACTERÍSTICAS Y FUNCIONAMIENTO EN EL A R R A N Q U E
REGULACIÓN DE LA VELOCIDAD.
El motor serie tiene una curva de potencia casi ideal esto
es que su v e l o c i d a d disminuye y torque aumenta simultánea-
mente al aumentar la carga, como se indica en la fig. si-
guiente:
M
M=f(n)
Característica mecánica M=f(n) de un motor de excitaciónserie.
95
Esto es 5 que este tipo de motor arrancará con el máximo to_r_
que d i s p o n i b l e ; y también con la máxima corriente ya que son
directamente proporcionales.
(
El control regulará la v e l o c i d a d desde los 12 voltios para
que sin necesidad de resistencias la corriente de arranque
no supere el doble de la n o m i n a l .
^arranque = 8 6 Amp. a 12 voltios (rotor bloqueado)
Los pasos de voltaje serán a p l i c a d o s al motor mediante el a_
rrancador que se muestra a continuación:
96
Se ap l i c a r á n cuatro voltajes de 12, 24, 48 y 60 volt.
Se debe tener cuidado de alcanzar en cada n i v e l de voltaje
una v e l o c i d a d del v e h í c u l o adecuada, de tal manera de al-
canzar un descenso considerable de la corriente para que
se facilite la conmutación en el control, (ver caracterís-
tica I = f (Vv, Vm) apartado 1.6)
Debido a que la utilización del arrancador, que se muestra en
la figura anterior, no es el método másadecuado para la re-
g u l a c i ó n de v e l o c i d a d por las altas corrientes que se de-
ben conmutar; se ha debido l i m i t a r el voltaje máximo a p l i -
cable al motor a 60 voltios.
Por la I m p o s i b i l i d a d de contar, como estaba previsto, con
un regulador de v e l o c i d a d a base de elementos de estado s_ó_
l l d o (trozador de onda de voltaje) se ha Implementado este
sistema que si bien, como se dijo, no es el adecuado permj__
te una regulación satisfactoria como se i n d i c a en las pru_e_
bas de pista (apartado 5.1).
Se ha adoptado al motor de un conmutador (doble polo, do-
ble vía) que permite cambiar el sentido de la corriente en
el I n d u c i d o y de esta manera poner en reversa el v e h í c u l o .
El circuito completo de conexionado de las baterías, con-
trol de marcha hacia delante y atrás, control de v e l o c i d a d
y motor se muestra a continuación.
e1-e
e--e
ba
tería
s
Co
ntr
ol
de
ve
loc
icla
d .
mo
tor
CIRC
UITO
DE
CO
NTRO
L
98
PARTE 4:
ASPECTO MECÁNICO
4.1 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL VEHÍCULO
PASOS PRELIMINARES.- PRIMEROS DISEÑOS.- OBJETIVOS
La primera condición que tendremos siempre presente será la
de l i m i t a r el peso del v e h í c u l o al mínimo, por las restri£
ciones en lo que se refiere al consumo demergía.
Se pensó en u t i l i z a r la carrocería de a l g ú n v e h í c u l o compa£
to pequeño para dotarlo de un motor eléctrico, pero se la
descartó pr i n c i p a l m e n t e porque el propósito de este trabajo
es crear una base de investigación completa sobre el diseño
y construcción de v e h í c u l o s eléctricos. .
Esta construcción de un modelo exclusivo para ser probado en
este trabajo fue posible gracias al aporte de Autos y Máqu_i_
ñas del Ecuador S.A. "AYMESA" quienes prestaron toda la co-
laboración necesaria para este fin.
Se realizaron a l g u n o s diseños preliminares hasta l l e g a r al
modelo que a continuación se d e t a l l a .
4.2 DISEÑO FINAL - "
TIPO DE VEHÍCULO
Las láminas siguientes muestran el diseño fina]. A conti-
nuación se detallan sus características y luego la constru£
ción de cada parte y su ensamblaje.
PE
RS
P
EC
T
IV
A
V I S T A FRONTAL
V I S T A S U P E R I O R
VIS
TA
UT
ER
AL
99
Se ha d e f i n i d o que el vehículo tendrá capacidad para dos
personas y un pequeño espacio para equipaje, con el fin de
reducir su peso total.
El chasis será tubular y su carrocería de fibra de v i d r i o .
Estará dotado de tres ruedas: delantera, que será implemen_
tada con el tren y suspensión con amortiguadores telescópj_
eos de una motocicleta; ruedas posteriores, montadas en un
eje rígido con diferencial y suspensión por ballesta y a -
morti guadores.
La dirección estará comandanda por cadena y ruedas denta-
das, además de.frenos h i d r á u l i c o s aplicados a las ruedas
posteriores y freno de estacionamiento.
El motor estará acoplado al diferencial directamente a tra_
vés de un eje con uniones cardán i cas.
A continuación se detallará el diseño y construcción de c_a_
da componente del vehículo.
Muchos de los componentes estructurales del vehículo no se
diferencian de los ya utilizados y ampliamente experimenta_
dos en los ve h í c u l o s con motor de e x p l o s i ó n .
Serán entonces los componentes particulares que posee el
vehículo: suspensión, soporte y dirección del tren delant_e_
ro; el árbol de transmisión del motor al diferencial y la
parte delantera del chasis t u b u l a r los que se diseñarán y
construirán completamente en el desarrollo de este proyec-
to.
El chasis (en su parte posterior); la carrocería, sujecio-
loo
nes, suspensión posterior, frenos y accesorios se construj[
r á n en base a' piezas existentes proporcionadas por AYMESA.
DESPIECE COMPLETO DEL VEHÍCULO(
CHASIS TUBULAR:
Se construye en parte el chasis de un auto "gacela" de la
fábrica A Y M E S A 3 dejando sin modificar el sitio donde va j¿
bi cada la suspensión y ruedas posteriores, que serán del
mismo vehículo.
Las dimensiones y diámetros de las piezas se i n d i c a n en las
láminas.
Lámina 1:Chasis completo de "g a c e l a " - m o s t r a n d o la parte que
se construyó.
Lámi na 2:Parte.del chasis u t i l i z a d o .
Lámina 3:Construcción de la parte delantera, refuerzos y so_
portes del tren y dirección.
Lámina 4:
Chasi s completo.
I»1
\
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FU
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2
3
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5
CH
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LE
TO
LAM
INA
4
101
TREN DELANTERO:
Como se dijo éste se tomo de un tren de rodaje delantero de
una motoci eleta.
Este componente se ilustra a continuación.
102
TREN POSTERIOR:
Se utilizó todos los componentes y sujeciones del tren po_s_t e r 1 o r d e l " g a c e l a . " (
llfe ¿Llí _
103
CARROCERÍA EN FIBRA DE V I D R I O :
La carrocería de este v e h í c u l o es el piso de la carrocería del
gacela" modificado de acuerdo al nuevo chasis. Los asientos
son tamb(-i én de fibra de v i d r i o .
104
SISTEMA DE DIRECCIÓN:
El sistema de dirección se ideó en base a cadena y ruedas de_n_
tadas para que el v e h í c u l o pueda ser guia d o con mayor comodi-
dad y desde uno de los dos asientos d i s p o n i b l e s .
El eje de la dirección es pe r p e n d i c u l a r al de la rueda y la
rel'ación de desmul ti pl i caen órv es de 4:1 para dar mayor comodi_
dad en el vi raje.
A c o n t i n u a c i ó n se m u e s t r a su ub icac ión , c o n s t r u c c i ó n y f u n c i o -
n a m i e n t o .
105
SISTEMA DE FRENOS:
Los frenos son h i d r á u l i c o s a p l i c a d o s a las ruedas posterio^
res .
bomba
cañería
106
CONTROL DE VELOCIDAD:
Esta ubicado entre los dos asientos como se muestra a con
tinuación, su funcionamiento se d e t a l l a en la parte 3.
#
107
4.3 ENSAMBAJE DEL VEHÍCULO
Luego de que el chasis tubular esta terminado se procede a
soldar el tren delantero y a ubicar el eje posterior com-(
pleto.
• - / -. - ,- ."-;^- -.T -•-- .
108
Se monto entonces.la carrocería y los asientos
VEHÍCULO ENSAMBLADO
La dirección se debió montar con mucha precisión, ya que
es un mecanismo experimental el cual dio muy buenos re-
sultados.
y .v7* .'•$rf* \ V . 1 l < f &¿^^^ **ár*-^^*-;'FXi- .V.-*.,1 §VJ ¿3 " &J t'-J £&~-¿;£í~"" ^">? :->''-••* --v¿ > *^ ^^ ^ vr^; varrü^ *-•" --^¿"--'1-'-^
•\Ü ' ' °' .i "ÍSWWi---* V • '^^3 .;*•:*/•^ <^ <£ /-N - ^^?\>-''"-''^"-- - <><. - .-í, • O .-<^ - - r ^ w)-,'-'-':-^-1 * - - '^^ :£-.-->. x-Q ^- r ol^-\:---'v--V^"' *-"** •",-* -V M.\ \essf :J^^hv tPc^-''. i-í*-*r- •' * "". '* -' -'^-w. . ^..^-—r-a .B?í ...^í^JBkiifia tur.*«-Jtí-i ¿T ^.>U-i»i, ,.....' 03 L
601
110
Finalmente el v e h í c u l o está terminado y luego de haber prob£
do sus mecanismos en conj unto los resultados son favorables
desde todo punto de vista.
111
4.4 ADECUACIONES MECÁNICAS EN LOS COJINETES DEL MOTOR
ACOPLAMIENTO DE ESTE AL SISTEMA DE TRACCIÓN
Debido a que el motor eléctrico no contaba en uno de sus
extremos con cojinetes de bolas, se tuvo que adaptar un ru_
liman cónico tal como muestra a continuación; esto debido
a que el bocin original de bronce fosfórico no era adecua-
do para el tipo de trabajo y carga que va a recibir el mo-
tor.
El motor, que funcionaba como motor de arranque, no conta-
ba con un eje adecuado para su acople con el cardán del
112
vehículo; es por esto que se tuvo que hacer tornear y fre_
sar la pieza que se muestra de acuerdo a las medidas nece-
sarias.
•'.ít?_:_...—" "' •'•'• '.._—" "7- ' ' sHr '/'
113
4.5 ACOPLAMIENTO DEL DISTEMA COMPLETO DE PROPULSIÓN EN EL
VEHÍCULO.
U b i c a c i ó n del motor y_ su acopl amiento:
El motor está ubicado en la parte delantera del v e h í c u l o
en un l u g a r específicamente construido para el efecto.
iSu base, colocación y acoplamiento con el sistema de trac-
ción se muestran en las siguientes fotos.
UBICACIÓN DE LOS ACUMULADORES Y CONEXIONES:
Las ocho baterías de a c u m u l a d o res estarán dispues tas de-
trás de los asientos, en una plataforma que como se mue_s_
tra se ha construido expresamente para el efecto.
U B I C A C I Ó N DE LOS ACUMULADORES
114
r~^^"|m ^L ;•££> (, • ¿~ ' vki^j
-^^''"'•:'-;-í!" • ' ' • • ' ' . . • . - - ' -
sK>2 j ií U V-i n' '-V¿$ = ) - í/ • 1 !
fe^S/Wf-i--áiiiaá íí¿i l S j• • " -••'. ' • ' ' • - " • "&•'• \
"'-> -'--'^-í-^V/.VS*-"'--""--/"" • '~ '~V-: '-•:-^;^;;'''-;*-í;i-?'i;''-" 'v':-> V ;•"^- . •-/•*'-^'Kí£'-.- V1'*^--,"1-* -'^--"••'"-;.':":C"v¿*'':Jí'-";^" ''• S-'"'
115
PARTE 5
PRUEBAS Y 'RESULTADOS DEFINITIVOS
Son realmente óptimos los resultados de pista obtenidos. Un
v e h í c u l o silencioso, sin vibraciones y con una excelente ma_r
cha y aceleración que ha respondido plenamente a lo que se
esperaba de su diseño y construcción.
Consigue su v e l o c i d a d máxima de 60 KPH en 24 seg.
El motor eléctrico de 4 HP. cumple su cometí do eficazmente.
Los datos que a continuación se presentan dejan en claro la
prestancia que se ha obtenido del vehículo.
116
5.1 PRUEBAS DE PISTA:
CUADROS DE LOS VALORES PROMEDIOS OBTENIDOS CON EL V E H I C U _
LO EN MARCHA.
VOLTAJE(volts)
12
24
48
84
CORRIENTE(Amp)
918060504440383634
9060504442403836343230
11070605048464440
12080706050
Vel oci dadMotor(RPM)
090
100150157205230250290
320350400480490535580590600650690
730800900990
1020105011001125
12001400150016001700
V e l oci dadVehícul o
(KPH)
02.42.63.94.15.466.57.6
8.49.110.412.512.8141515.415.71718
1920.923.525,826.627.428.729,4
31'. 33.6.539.24245
117
CUADRO DE DISTINTAS ACELERACIONES APLICADAS AL VEHÍCULO
VOLTAJE(volts)
12
24
24*
48
48*
TIEMPO(seg)
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
33
36
VELOCIDAD(RPM)(KPH)
150
200
240
350
500
550
590
650 .
700
900
990
1000
150
200
210
220
230
*400
450
500
520
570
*700
890
200
400
500
600
800
990
1000
1200
-
Para la prueba de pista se dotó al v e h í c u l o d e - u n cuenta r_e_
v olucIones a p l i c a d o al motor y de un amperímetro para cono-
cer la corriente absorbida en las distintas situaciones de
marcha, como muestran los gráficos anteriores.
118
La efleí encía genera] del vehículo es muy buena; Los compo-
nentes mecánicos han respondido plenamente.
El sistema de frenos h i d r á u l i c o s en las ruedas posteriores es
suficiente para detener el ligero v e h í c u l o . Su sistema de dj_
rece Ion que es experimental dio también muy buenos resulta-
dos ya que con su d e s m u l t i p l i c a c i ó n de 4 : 1 permite una ma-
niobra cómoda y eficaz.
119
La suspensión posterior soporta suficientemente el peso de
las baterías dando una buena e s t a b i l i d a d ; además con la a-
mortiguacíón por muelles telescópicos en la rueda delante-
ra permiten en conjunto obtener una marcha suave y segura.
El motor montado sobre bases de caucho acoplado al cardán
mediante un eje estriado da como resultado que el sonido y
vibraciones sean prácticamente nulos.
Los asientos y espacio para el conductor y pasajero permi-
ten una posición cómoda para controlar la dirección, el pe-
dal de freno y el control de v e l o c i d a d .
•'., 4»~ W ¿ S.';;-1¿r' -J7rl"'.,-.V" "v ._./C, "-•' '•„-.-"•• ''. ~ -TjJ
120
PRESTANCIA DEL VEHÍCULO PARA DETERMINADOS FINES
Realmente se tiene una gama de velocidades que permitirían
que el vehículo sea a p l i c a d o a distintos usos.
A 12 y 24 voltios tiene un arranque y velocidad adecuados
para aproximaciones y transporte lento de determinados e-
q u i p o s frágl1 es.
Con 48 voltios se tiene una v e l o c i d a d media de crucero que
es la óptima del v e h í c u l o y a 96 voltios se obtiene real-
mente un transporte muy r á p i d o para este tipo de v e h í c u l o .
Ha sido probado también v e n c i e n d o pequeños obstáculos y pe_n_
dientes con resultados satisfactorios.
121
5.2 CONCLUSIONES:
La f i n a l i d a d de este trabajo fue el construirlo y desarrollar^
lo completamente para que s,e constituya en un vehículo piloto
apto para la optimización futura; lo cual se ha logrado a s a ~
tisfacci ón.
Los resultados obten i dos se constituyen en una base sólida '
para el desarrollo del país en el campo de la utilización de
la energía eléctrica a p l i c a d a a los medios de transporte.
Mas aún considerando que este v e h í c u l o experimental se ha lo_
grado con los escasos recursos tecnológicos de nuestro medio
y con limitaciones -económicas, se espera que superando estas
condiciones se logre no solo experimentar sino producir v e h^_
culos eléctricos fabricados totalmente en el país (como el ac_
tual prototipo) que compitan con éxito ante c u a l q u i e r simi-
1ar extranjero.
5.3 RECOMENDACIONES PARA LA OPTIMIZACIÓN FUTURA
El prin-cipio básico de funcionamiento del motor no se puede
alterar, pero se puede optimizar su funcionamiento para 'de-
terminados fines; por ejemplo, dotando al motor serie de un
pequeño campo shunt, se puede aumentar su v e l o c i d a d m e d i a , es
pecialmente ..en -..p.end.i entes y .caminos ondulados.
También el fre-nado electromagnético del motor es una gran ve_n_
taja ya que se podría incluso recuperar energía cuando el m_p_
tor actúe co.mo generador en descensos la.rgos.
El cargador de baterías incorporado al v e h í c u l o permitirá u -
na simple y rápida recarga de las baterías.
122
Las demás mejoras en cuanto a carrocería y partes mecánicas
son realmente muchas y dependientes del uso y característi-
cas que se le quieran dar al vehículo.
123
Anexo 1
Galvanómetro balístico
Cal i b ración: métodos para conocer su nueva s e n s i b i l i d a d
CALIBRACIÓN DEL GALVANÓMETRO:
Con objeto de calibrar el galvanómetro se armó un circuito
en base a la descarga de un condensador patrón. Determinar^
do la desviación del galvanómetro para una carga conocida del
condensador.
124
C I R C U I T O . -
Conmutador
Fuentef ce J
Fuente: de corriente continua v a r i a b l e de 2 a 12 voltios.
V: Voltímetro digital de alta precisión (0.2%)
C: Condensador patrón de O.lpF a 0.5yF.
R! : Resistencia v a r i a b l e decadica de precisión.
R2: Resistencia interna del galvanómetro balístico.
Las resistencias R! y R2 sumadas deben dar el valor de CDRX
(cri ti cal d a m p i n g resistance) que es ig u a l a 10000 ohmios.
PROCEDIMIENTO:
Una vez armado el circuito representado en la figura 1 5 el
procedimiento que se siguió consiste en cargar el condensa-
dor con el suitche A en la posición 'l s a un voltaje y capa-
cidad del condensador determinados. L"uego3 se cambiaél süi_t_
che A a la posición 2 con el objeto de descargar el conden-
sador en el circuito del galvanómetro balístico y medir su
d e s v i a c i ó n .
125
Los valores obtenidos en la prueba se dan a continuación;
V(volts)
4.07
4.08
8.04
. 8.01
7.97
1: 69
7.98
7.96
7.96
7.98
7.97
7.96
A(mm)
41
41 .8
38
31
54
52
25,5
48
82
92
109
95
C(yf)
0.5
0.5
1
V: Voltaje que se a p l i c a
al condensador.
A: d e s v i a c i ó n del g a l v a -
nómetro .
C: capacidad del conden-
sador .
Valores que como se ve son absurdos ya que el aparato ten^-
dria que haber deflejado espacios muy similares, para v a l o -
res aproximadamente i g u a l e s de voltaje y capacidad del con-
densador.
Además de lo citado anteriormente, no todas las operaciones
realizadas con el suitche A eran detectadas por el g a l v a n ó -
metro .
Esto nos l l e v ó a examinar el sistema utilizado y se encontró
que en los terminales del condensador se producía un raro e
126
fecto de o s c i l a c i ó n en el voltaje. Este fenómeno es aperió-
dico y se debe a un circuito resonante dentro del sistema.
El voltaje en los terminales del condensador en el momento de
desconectarlo de la carga se daba a veces con s u b i d a s en su
m a g n i t u d que l l e g a b a n al doble del voltaje de carga, otras V£
ees se obtenía una descarga lenta y también se observaba una
caída rapidísima a cero.
Curvas en el osciloscopio:
2 V|
V]: voltaje de carga del condensador
Se explica entonces el por qué de la v a r i a c i ó n en los valo-
res medidos y e-n la falta de señal en determinadas maniobras
Para no desviar nuestro estudio del objetivo ya planteado c £
mo tema de estatesis se ha adoptado la siguiente opción para
la calibración del galvanómetro.
127
CALIBRACIÓN DEL GALVANÓMETRO BALÍSTICO:
Se construyó para a p l i c a r este método dos sol enoides que por
sus características geométricas adecuadas tienen las si guien
tes características electromagnéticas:
Bobina - de
exploración
tri
n o -í -s fD 01
TU O =3 CL
fD -s — M
Cu =3-
Cu
O fD — j
— i
O •
fD • — '
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13 O 3 CU to n fD\+
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C CT
O ci-
ro n cu -s r+ O\3
•
H M CO
129
Fuentece
Bobina " 1
Bobina "2"
a —
Una vez construido el circuito anterior se puede calcular H
y B en la sección central a-a 1 _del so fenol de " 1 " 3 suponien-
do que el campo magnético es homogéneo alrededor de esta
sección.
Ahora, conociendo la sección y el numero de espiras del s o -
l e n o l d e "2" y suponiendo como se dijo anteriormente un cam-
po homogéneo en sus alrededores, se puede calcular la concc^
tenación de flujo total de este solenoide:
H y B en la sección central y a lo largo del solenoide "2"
son :
H = I
B = 1 .256x10- il
La concatenación del s o l e n o i d e "2":
= 1 .256x10-8^
130
Conmutando la corrí ente en "1" el cambio d e X 2 e s :
AX2 = 2X2
Desde un p r i n c i p i o el galvanómetro balístico mide carga elé£
trica ( s e n s i b i l i d a d en Coulomb) según la s i g u i e n t e ecuación:
/-AtQ = Cba = /idt
Siendo Cb la constante del galvanómetro en c o u l o m b / d i v i s i ó n y
la deflexión del instrumento en las d i v i s i o n e s de la escala.
Durante el intervalo de tiempo en que se desarrolla la c o n m_u_
tacion de la corriente I ] 3 se produce un voltaje i n d u c i d o en
"2" cuyo valor instantáneo es:
V-í = dX2
dt
Y la corriente que se produce en la bobina del galvanómetro
balístico es:
. _ V1 " vi = dA2 1i —
eR Re+RGB dt K2+KGB
SI todo el proceso de conmutación es bastante corto con rela^
clon al período de oscilación mecánica del galvanómetro ba-
lístico, el instrumento funcionará Integrando la si guíente ex_
presi ón :
/At
Q = Cba = /idt = /-áXi T _ d t =o J _ dt R2+RG B R 2+R GB
131
'ZX2 _ 2x1 .256x10-BNiN2A2 IR2+RGB li (Ra+RGB)
De aquí:
C = 2x1 . 2 5 6 x l O - 6 N i N 2 A 2 I & Seg AmpD r v l i f R i + R p D ) rh\n $ rí ~"- ' 1. \ * 2 r\3 D / v lll L/111 /£ U
:P^2 -t¿ /coulomb -,ision ' división
Se debe hacer notar que este valor de s e n s i b i l i d a d calculado
es v á l i d o únicamente para estos valores de R2 y RGB :
En este caso:
f ~ A GalvanómetroVL/ balístico
R 2 « RGBR2 se desprecia
RGB = 1627 Ü
Conociendo C^ el instrumento podría utilizarse para medir
concatenación de flujo:
C,
A X 2 =
A X :
Devanadoestatorico
132
A h o r a se p r o c e d e a ex c i tar la bob ina "1" y medi r la d e f l e x i ó n
del aparato para según la ecuac ión (1) conocer su sensibi l i -
d a d :
T A B L A D E V A L O R E S O B T E N I D O SEN L A B O R A T O R I O
J\DG-DECQNMUTACIÓN
i
d
i
d
i
d
i
d
I ( A m p )
5
5
7.5
7.5
10
10
15
15
i 20
d 20
(di visi£nes)
33
33
51.2
50
65.5
66
99
98
130
130
Según la ecuación (1 ) :
2xl . .256xlO-8N1N2AeI
VALORES PROMEDIOS
II
5
7.5
10
15
20
a
33,
50 .6 '
65.75
98.5
130
2xi;256xlO-8N1N2A2
II(RZ+RGB)
Ch - 2x1.256xlQ-8x430xl73x256498.5x1627 a
133
Cb = 29.897xlO-8 ~
Según los valores de la tabla anterior tenemos(,
Cbl = 29,897xlO-8x -j^ = 4.5298xlO"8
= 29s897xlO-8x ¿^ = 4
Cb, - 29,897xlO-8x W4^ = 4.5471x10'
Cbtí = 293897xlO~8x = 4.5528x10-
Cbs = 29s897xlO-8x^ = 4.5995x10-
El promedio de los cinco valores anteriores de Cb es:
Cb = 4,5321xlO~8
Cb = 0.04532 yCoulomb/dlvIslón
Con lo cual la ecuación para medir la concatenación de flujo con el gal
v a n ó m e t r o b a l í s t i c o queda d e t e r m i n a d a :
AX 2 =
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Anexo 2.
MANUAL DE MANEJO
El vehículo esta provisto de los siguientes elementos para el
control :
- Conmutador de parada, mancha adelante y retro.- Control de velocidad m a n u a l .
- Amperímetro.
- Freno h i d r á u l i c o en el p i e .
MODO DE CONDUCIR:
1.- Colocar el conmutador [Ubicado entre los dos asientos) h_a_
cia adelante, en el centro o para atrás según se requiera
que el vehículo de marcha adelante, paro o reversa.
2.~ El control de v e l o c i d a d es manual y se debe tener mucha
precausión en dejar que el vehículo tome cierta velocidad
en cada n i v e l de voltaje a p l i c a d o al motor (de manera de
no conmutar corrientes muy elevadas). En el amperímetro -
del v e h í c u l o se señala los límites de cambio de nivel de
voltaje.
Entonces, de n i n g u n a manera se debe cambiar los niveles de
voltaje bruscamente, sino dejarlo en cada paso hasta que
el amperímetro es te'en la señal i n d i c a d a .
3.- Al a p l i c a r los frenos se 'debe soltar el control de velocj^
dad para que este regrese automáticamente a la posición
de apagado .
