Diseño de una bicicleta electrica

Norma ASME
Marzo 19 de 2014Mecanismos 01
Diseño del sistema potencia, bicicleta eléctrica.


Alejandro Moreno Salas
Universidad Pontificia Bolivariana
Medellín, Colombia
Pablo Uribe
Universidad Pontificia Bolivariana
Medellín, Colombia



Susana Arismendy Pérez
Universidad Pontificia Bolivariana
Medellín, Colombia



Abstract
Put abstract text here.

INTRODUCCIÓN
Losmedios de transporte a lo largo de la historia tienen una evolución significativa que le permite mejorar la vida de los humanos. Para el caso de la bicicleta eléctrica en el siglo XIX, comenzó la aparición de las primeras baterías. Fue el francés Gastón Plante quien hizo la primera bicicleta a partir de baterías de plomo, estas podían consumir hasta 100Ah para una batería de 10 V.

En el siglo XXIes Panasonic quien innova con baterías de Ion Litio y rediseña todo un sistema que había implementado antes con una bicicleta de 19.9 kg con baterías de plomo y lo presenta nuevamente con un peso de 16.9 kg. Fue tanto el auge de las bicicletas eléctricas que para principios del 2003 ya se habían vendido cuatro millones de bicicletas eléctricas, llegando en el 2005 a diez millones [1].

Paraeste trabajo se tomará un prototipo de bicicleta en la cual se le implementara el sistema eléctrico, diseñando el sistema de transmisión de potencia.
De forma electiva, se analizó que el mercado actual se basa en bicicleta de paseo, que trabajan en plano, lo cual es muy convencional. El mundo de las bicicletas todoterreno es un potencial alto de las personas amantes del deporte y en una ciudadque redondea pendiente entre el 4 y 7% [2]

Nomenclatura
P: Potencia [w]
τ: Torque motor [N/m]
w: Velocidad angular [ rad/s]
Rx: Apoyo en el sprocket grande [N]
N: Número de dientes sprocket grande [Dientes]
n: Número de dientes sprocket pequeno [Dientes]
P: Paso de la cadena [in]
TA: Torque en el sprocket grande. [N/m]
TB: Torque en el sprocket pequeño [N/m]
DA: Diametro sprocketpequeño [m]
DB: Diametro sprocket grande. [m]

ESTADO DEL ARTE

Teniendo en cuenta que la bicicleta comprende diversos subsistemas se analizará por separado.

Motor eléctrico.
Existe un sin número de motores que ofrece el mercado, sin embargo nacionalmente no se producen en Colombia, por lo cual deben ser productos importados.
Existen dos gamas importantes que establecer, los motores sinescobillas (Brusheless) ó con escobillas (Brushed) [3]. Los motores con escobillas tienen estos elementos para alimentar las bobinas. Las escobillas se acaban deteriorando, pero tardan más de 15.000 o 20.000 km.
Los motores para bicicletas sin escobillas "brushless" son más modernos y no tienen piezas de contacto cuando son de accionamiento directo. Son algo más eficientes que los que tienen escobillas(más de un 80% de la energía se transforma en movimiento, frente al 75% de los de escobillas) [4]

Para obtener el motor se debe realizar un análisis estático y dinámico para identificar el mínimo torque que debe generar el sprocket moverse en una pendiente. Por lo tanto se presenta a continuación varios tipos de motores los cuales pueden brindar las características necesarias y más adelante seestablece el motor escogido

Tabla 1. Características del motor [5]

Motor1
Motor 2
Motor 3
Potencia ( w)
1200
1000
1500
Rpm
2600
2000
2600
Disponiblidad Cop ( si/no)
si
no
no
Peso(kg)
5
6.5
6.5

Baterías
Las baterías de ion litio frente a las baterías de ácido de plomo tienen una gran cantidad de ventajas como la durabilidad en cuanto a tiempo de carga y su memoriapara recargarse, en Colombia la disponibilidad de las baterías de ion litio son muy pocas y con un costo muy elevado frente a las de ácido de plomo, las cuales tienen una gran variedad y disponibilidad en Colombia a precios asequibles para las personas con buenas garantías y durabilidad. Suelen proporcionar una tensión de 6V a 12V, u otro múltiplo de 2, ya que la tensión que suministra cada...