DETERMINACIÓN DEL EFECTO DE LA ALTITUD DEL TERRITORIO

NACIONAL COLOMBIANO EN EL DESEMPEÑO MECÁNICO Y

ENERGÉTICO, PARA UN VEHÍCULO PROPULSADO POR UN MOTOR DE

COMBUSTIÓN INTERNA.

Autor:

JOAQUÍN LEONARDO BRICEÑO CUEVAS

Asesor:

LUIS ERNESTO MUÑOZ CAMARGO

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

BOGOTÁ D.C., COLOMBIA

DICIEMBRE DE 2014

DETERMINACIÓN DEL EFECTO DE LA ALTITUD DEL TERRITORIO

NACIONAL COLOMBIANO EN EL DESEMPEÑO MECÁNICO Y

ENERGÉTICO, PARA UN VEHÍCULO PROPULSADO POR UN MOTOR DE

COMBUSTIÓN INTERNA.

Autor:

JOAQUÍN LEONARDO BRICEÑO CUEVAS

Asesor:

LUIS ERNESTO MUÑOZ CAMARGO

PhD, MSc, Ingeniero Mecánico

PROYECTO DE GRADO

PARA OPTAR POR EL TITULO DE: INGENIERO MECÁNICO

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

BOGOTÁ D.C., COLOMBIA

DICIEMBRE DE 2014

Contenido

Índice de tablas ................................................................................................... i

Lista de figuras .................................................................................................... ii

1. Introducción ................................................................................................. 1

2. Objetivos ...................................................................................................... 3

2.1. Objetivo General ................................................................................... 3

2.2. Objetivos específicos ............................................................................ 3

3. Problema de investigación ........................................................................... 4

4. Estudio bibliográfico ..................................................................................... 6

4.1. Ámbito mundial ..................................................................................... 6

5. Metodología ................................................................................................. 8

5.1. Diseño experimental.............................................................................. 9

5.1.1. Protocolos de evaluación ................................................................... 9

5.1.2. Pruebas a realizar .............................................................................. 9

5.1.2.1. Desempeño mecánico .................................................................... 9

5.1.2.1.1. Prueba de aceleración............................................................... 10

5.1.2.1.2. Pruebas de deceleración natural ............................................... 10

5.1.2.2. Desempeño energético ................................................................. 10

5.1.2.2.1. Consumo de combustible .......................................................... 10

5.2. Equipos e instrumentación .................................................................. 11

5.2.1. Medición de posición, velocidad, aceleración y tiempo .................... 11

5.2.2. Medición de flujo de combustible ..................................................... 12

5.2.3. Medición de Potencia y Momento par .............................................. 12

5.2.4. Condiciones ambientales ................................................................. 13

6. Procedimiento experimental ...................................................................... 14

6.1. Elaboración de protocolos de prueba .................................................. 14

6.2. Verificación de funcionamiento de equipos ......................................... 14

6.2.1. Verificación de funcionamiento - flujómetro DFL-3x-5bar Corrsys-

Datron. 15

6.3. Medición de pendiente en carretera .................................................... 16

6.4. Pruebas definitivas – Carretera ........................................................... 18

6.4.1. Sitio de prueba de alta altitud, Bogotá D.C. (2600 m.s.n.m.) ........... 18

6.4.2. Sitio de prueba de baja altitud, Villavicencio - Meta (392 m.s.n.m.) . 18

6.5. Pruebas definitivas – Dinamométricas ................................................ 19

7. Procesamiento de datos ............................................................................ 20

7.1. Prueba de aceleración ........................................................................ 20

7.2. Prueba de desaceleración natural ....................................................... 21

7.3. Prueba de consumo de combustible ................................................... 22

7.4. Manejo de señales .............................................................................. 22

8. Análisis de resultados ................................................................................ 23

8.1. Prueba de aceleración ........................................................................ 23

8.2. Prueba de desaceleración natural ....................................................... 24

8.3. Prueba de consumo de combustible ................................................... 25

Conclusiones .................................................................................................... 27

Recomendaciones ............................................................................................ 29

Anexos ............................................................................................................. 31

A1. Protocolos de prueba y listas de verificación para las pruebas de

carretera ........................................................................................................ 31

A1.1. Prueba de aceleración 0-80 km/h ........................................................ 31

A1.1.1. Protocolo de medición de aceleración del vehículo en carretera ...... 31

A1.1.2. Lista de verificación y secuencia – Prueba de aceleración ............... 39

A1.2. Prueba de desaceleración natural (60, 50, 40 km/h) ........................... 41

A1.2.1. Protocolo para pruebas de desaceleración natural del vehículo en

carretera ........................................................................................................ 41

A1.2.2. Lista de verificación y secuencia – Prueba de desaceleración natural

...................................................................................................................... 50

A1.2.3. Protocolo corregido para pruebas de desaceleración natural del

vehículo en carretera .................................................................................... 52

A1.2.4. Lista corregida de verificación y secuencia – Prueba de desaceleración

natural ........................................................................................................... 61

A2. Gráficas adicionales ............................................................................... 63

A2.1. Prueba de aceleración ......................................................................... 63

A2.2. Prueba de desaceleración natural ....................................................... 63

A2.3. Prueba de consumo de combustible .................................................... 63

A2.3.1. Comparación condiciones estacionaria y transitoria Bogotá (2600

m.s.n.m.) ....................................................................................................... 63

A.2.3.2. Comparación condiciones estacionaria y transitoria Villavicencio (392

m.s.n.m.) ....................................................................................................... 64

A2.3.3. Comparación entre flujos de combustible en condiciones estacionaria

y transitoria respecto a los dos sitios de prueba ........................................... 65

A3. Códigos Matlab ....................................................................................... 66

A3.1. Prueba de aceleración ......................................................................... 66

A3.2. Prueba de desaceleración natural ....................................................... 67

A3.3. Filtrado de señal de caudal en estado transitorio ................................ 68

Índice de tablas

Tabla 1. Protocolos seleccionados para la determinación del efecto de la altitud

en el desempeño del vehículo. ........................................................................... 9

Tabla 2. Especificaciones GPS de alta resolución. .......................................... 11

Tabla 3 Resultados medición de pendiente ..................................................... 17

Tabla 4 Características ambientales de sitios de prueba de consumo de

combustible ...................................................................................................... 23

Tabla 5 Resultados prueba de aceleración Villavicencio ................................. 24

Tabla 6 Resultados prueba de desaceleración natural Villavicencio ............... 24

Tabla 7 Comparación propiedades máximas prueba de consumo de combustible

......................................................................................................................... 27

Lista de figuras

Fig. 1 Mapa topográfico de Colombia. Tomado de http://www.igac.gov.co/igac 4

Fig. 2 Diagrama de altimetría. Ruta: Puerto Gaitán - Bogotá D.C. ..................... 5

Fig. 3 Diagrama de altimetría. Ruta: Bogotá D.C. - Cali. Imagen tomada de

http://www.destinosyplanes.com/portal/images/stories/mapas/mapasaltimetria/fi

nalaltimetiraruta1.png ......................................................................................... 5

Fig. 4 Mapa conceptual de estudio en condiciones de altura ............................ 6

Fig. 5 Equipo VBOX utilizado para las mediciones dinámicas sobre el vehículo.

Imagen tomada de http://racelogic.files.wordpress.com/2009/03/vbox-3i.jpg .. 11

Fig. 6 Flujómetro de combustible. Imagen tomada de http://www.corrsys-

datron.com/Assets/Images/photos/130_DF1_complete.jpg ............................. 12

Fig. 7 Dinamómetros de eje. Imagenes tomadas de http://www.land-and-

sea.com/axle-hub_dyno/axle-hub-dyno.htm ..................................................... 13

Fig. 8 Termo-anemómetro EXTECH 45158. Imagen tomada de

http://www.tester.co.uk/media/catalog/product/cache/2/image/0e2d86ceb912cb

34ce62b29ae5750017/E/x/Extech-45158-Mini-Thermo-Anemometer-with-

Humidity-1.jpg .................................................................................................. 13

Fig. 9 Barómetro OEM DA2018. Imagen tomada de

http://es.aliexpress.com/item/Digital-Altimeter-6-in-1-Multifunction-Barometer-

Compass-Thermometer-Weather-forecast-Time/472136517.html ................... 14

Fig. 10 Manómetro medidor de presión de combustible .................................. 15

Fig. 11 Montaje verificación del funcionamiento del flujómetro ........................ 15

Fig. 12 Ilustración triangulo rectángulo para el cálculo de pendiente ............... 16

Fig. 13 Imágenes medición de pendiente ........................................................ 16

Fig. 14 Posición horizontal del nivel ................................................................. 17

Fig. 15 Posición máxima de altura del nivel ..................................................... 17

Fig. 16 Tramo de prueba Bogotá D.C. ............................................................. 18

Fig. 17 Imágenes tramo de prueba Villavicencio ............................................. 18

Fig. 18 Montaje pruebas dinamométricas y consumo Bogotá D.C. (2600

m.s.n.m.) .......................................................................................................... 19

Fig. 19 Montaje pruebas dinamométricas y consumo Villavicencio Meta (392

m.s.n.m.) .......................................................................................................... 19

A la memoria de mis abuelos:

Don Aniceto Cuevas, Ema Izquierdo

y Joaquín Briceño, junto a demás

familiares y amigos que con su

paso por la tierra dejaron su

huella e hicieron parte en que

este sueño se hiciera realidad.

Agradecimientos

Éstas palabras se quedan cortas ante tantas cosas bonitas y favores recibidos

durante estos años de vida, pero principalmente estos 5 años de estudiante de

pregrado en la maravillosa Universidad de Los Andes.

Primero que todo agradezco a Dios por todo lo brindado en mi vida, por

permitirme seguir siempre adelante en todo lo que me he propuesto. A mis

padres, son lo mejor que Dios me ha podido dar, a mi madre Diomira Cuevas

Izquierdo gracias por ser incondicional, por tu bondad, por estar siempre ahí, sin

ti no hubiera sido posible que este sueño se hiciera realidad, al igual que mi padre

José Joaquín Briceño Granados, gracias por alentarme con sus palabras de

decirme que era capaz y que soy un súper pilo, mil gracias.

A mis tíos Olfan y Celina Cuevas Izquierdo, gracias por ser los mejores tíos

padrinos, por todo ese apoyo brindado durante toda la vida y por esa motivación

para salir adelante y llegar a ser una mejor persona. A mis primos Atanasio y

Nelson Zarate, Aniceto Cuevas T. y Neil Giarvanny Latriglia C. gracias por

enseñarme a amar a mi tierra, por animarme a “echar pa´lante” y alcanzar todas

mis metas propuestas. A mi segunda familia en Bogotá, don Felipe Villamil, Nelly

Hurtado y Álvaro Iván Hurtado gracias por toda esa colaboración y por tanto

pereque que les puse con mis trabajos.

También esto no habría posible si no hubiera tenido conmigo a los mejores

compañeros desde inicio de carrera: Jhon F. Pachón, Cristian Gómez, Daniel

López, Camilo Orrego y Alina Vásquez; aquí tienen no solo un compañero, sino

un amigo para toda la vida que solo tiene palabras de agradecimiento para

ustedes. Al igual que mis amigazos de final de carrera: Sebastián Uribe, Isabella

Caicedo y Alejandro Becerra, muchas gracias por todas esas enseñanzas y por

considerarme su amigo, los quiero mucho muchachos.

A Luis Ernesto Muñoz Camargo, muchas gracias por haberme recibido como su

discípulo, gracias por su asesoría y por permitir que este proyecto se llevara a

cabo. Al grupo de dinámica vehicular de la Universidad de Los Andes 2014-2 por

su colaboración y dedicación durante las pruebas, dicho grupo conformado por:

Sergio Roa, mil gracias mi hermano; Gabriel Steffens, Natalia Rincón, Juan

Camilo Sierra y Jorge Gómez. Les debo miles.

Por último a Omar Amaya y a Luis Carlos Ardila, por su paciencia para trabajar

conmigo y por tantas y tantas horas de trabajo, gratitud enorme para ustedes

como para todos los técnicos del laboratorio de manufactura ML-027. A Juan

Felipe Gallego por su paciencia para resolver mis dudas frente a este trabajo, y

por su colaboración cuando lo necesité.

Eternamente agradecido

Joaquín Leonardo Briceño Cuevas

25/01/2015

1

1. Introducción

A lo largo de los años, el transporte terrestre, especialmente los vehículos propulsados por motores de combustión interna han permitido la movilización de personas y carga de un lugar a otro. Detrás de la acción de transportar personas, hay una cantidad importante de parámetros para la consecución de esta acción anteriormente mencionada. Para el desarrollo de estos parámetros, las grandes empresas fabricantes de automotores realizan sus diseños basados en condiciones estándar de presión, temperatura, y humedad relativa. Estas condiciones se encuentran en altitudes correspondientes al nivel del mar, de esta manera ignorando algunas veces lo que puede llegar a suceder en alturas de miles de metros por encima a la tomada como referencia.

Como se ha visto, la presión atmosférica varía para cada altitud, por lo que se supone que las condiciones atmosféricas afectan al diseño elaborado en condiciones estándar. En la década correspondiente a 1960, ingenieros japoneses más exactamente pertenecientes a Toyota Motor Co., Ltd. iniciaron estudios acerca del efecto que tienen las condiciones atmosféricas sobre el desempeño de un automóvil propulsado por un motor a gasolina (Nakajima, 1969). También, otras empresas automotrices de importancia se han dedicado a estudiar este desempeño del vehículo afectado por combustibles como gas natural vehicular (GNV), o gas licuado de petróleo (GLP).

Dada la extensa variedad topográfica con la cual cuenta Colombia, hay regiones en las cuales los conductores de vehículos ya sean de pasajeros, carga, o particulares dejan entrever que sienten una pérdida de “fuerza” por parte de su vehículo. En el país previamente se han realizado metodologías para la evaluación del desempeño en vehículos automotores, tanto para pruebas de banco, dinamómetros y carretera pero estas han sido con el fin de mirar el comportamiento con el motor como GNV o GLP como combustibles, también observar la economía que se puede generar con el uso de estos combustibles, y no para estudiar la afección del rendimiento mecánico y energético producida por la altitud a la que se encuentra el vehículo.

Por consiguiente, es necesario realizar pruebas en el territorio nacional para observar lo que ocurre con el desempeño de los automotores, y de esta manera los conductores y dueños de flotas de vehículos tengan en cuenta estos parámetros al momento de adquirir su flota y esta tengan un buen rendimiento en el momento de realizar viajes que involucren varias alturas del país. Para llevar a cabo esto, es necesario realizar pruebas de carretera y dinamométricas a diferentes alturas del territorio colombiano.

Como se mencionó con anterioridad, se realizan tres pruebas de desempeño en vehículos automotores. Las pruebas en carretera son una alternativa adicional a las dos primeras que sirven para verificar el desempeño del vehículo en sus diferentes secciones. Aunque éstas son las que se asemejan más a las condiciones de operación real del vehículo, presentan como inconveniente la instrumentación móvil, y para que las pruebas puedan ser replicables es necesario que se establezcan claramente las características ambientales.

2

Aunque éste ha sido un tema de estudio durante muchos años, principalmente por las grandes empresas de fabricación automotriz, en el país hay poca información al respecto en lo que se refiere a desempeño mecánico y energético afectado por las condiciones atmosféricas de la altitud en la cual se encuentra el vehículo. El reto principal se centra en realizar varias pruebas de carretera para determinar estos parámetros y determinar el efecto que la altitud tiene sobre estos. Por consiguiente, es necesario realizar este tipo de pruebas y diseñar pruebas adicionales para caracterizar mejor los parámetros de importancia.

Puntualmente, se realizarán pruebas de carretera y con dinamómetros de eje-cubo para caracterizar la variación mecánica y energética en automotores. Éstas ya han sido llevadas a cabo en diferentes lugares del mundo y en nuestro país para diferentes tipos de combustible aparte de la gasolina. En este momento se pretende realizar las pruebas a diferentes altitudes y así obtener varios datos que permitan observar la variabilidad de la potencia, el par, la velocidad angular del motor y otras propiedades de importancia en el desempeño de un vehículo, asegurando que los resultados de estas pruebas sean confiables y sea posible replicar las pruebas en otros lugares del mundo.

Posteriormente, con la idea de cuantificar la variación de los parámetros presentes en el desempeño general de un vehículo, sometido a diferentes alturas sobre el nivel del mar y diferentes condiciones topográficas, se deben realizar las pruebas de carretera y dinamométricas correspondientes con el fin de obtener resultados confiables y se pueda establecer si ese tipo de vehículo es el indicado para esa condición de operación.

Previamente, se mencionó que el objetivo del proyecto es realizar pruebas de carretera a un vehículo con la finalidad de determinar la importancia que tiene la altitud en su desempeño general, más específicamente mecánico y energético, siguiendo metodologías de evaluación de automotores y una serie de normas SAE que rigen las pruebas a desarrollar. Se desarrollarán dos pruebas para cada altitud que se componen de pruebas de aceleración a fondo, medición de consumo de combustible, potencia y par, y pruebas de aceleración; con estas pruebas se lograrán resultados importantes en el tiempo destinado para este fin, y se comprobará la realidad de las metodologías elaboradas en anteriores proyectos de grado y normas SAE.

En este proyecto de grado se expondrán primero los objetivos que se desarrollaron, luego el problema puntual de investigación en Colombia, seguido un breve estudio bibliográfico realizado, de donde se extraen las características más importantes para llevar a cabo las pruebas de carretera, también se referenciarán los trabajos previos realizados en la Universidad de Los Andes acerca de este tema, que sirven para el entendimiento y desarrollo de las pruebas. Posteriormente se darán a conocer los equipos necesarios con los cuales cuenta la Universidad de Los Andes empleados durante las pruebas. Por último, se presentarán los resultados, el análisis de estos y una serie de conclusiones respecto a lo desarrollado a lo largo del proyecto.

3

2. Objetivos

2.1. Objetivo General

Determinación del desempeño mecánico y energético de un vehículo automotor expuesto a diferentes altitudes de operación, que involucren diversas características ambientales, mediante la elaboración de pruebas de carretera y dinamométricas que permitan cuantificar la importancia de estas características, en el desempeño general del vehículo.

2.2. Objetivos específicos

i. Diseñar las pruebas de carretera y pruebas dinamométricas estas

últimas para la evaluación del desempeño energético, refinando las

metodologías elaboradas como proyectos de grado anteriores.

ii. Ejecutar las pruebas de carretera y dinamométricas, teniendo en

cuenta las recomendaciones observadas en trabajos previos

iii. Analizar los resultados obtenidos por los instrumentos empleados.

iv. Realizar la repetición de las pruebas de carretera y dinamométricas en

distintas condiciones atmosféricas, para observar la variabilidad a

diferentes altitudes.

4

3. Problema de investigación

Colombia topográficamente se constituye en un 33% por montañas y un 67% por

llanuras bajas. En la topografía colombiana se pueden distinguir tres sectores

principales. El sistema montañoso andino, conformado por las tres cordilleras y

los diferentes valles interandinos, abarcando el occidente del país.

Fig. 1 Mapa topográfico de Colombia. Tomado de http://www.igac.gov.co/igac

El segundo sector lo conforman las extensas llanuras bajas, ubicadas en la franja

oriental, en las regiones de la Orinoquía y Amazonía, así como también, las

llanuras de las costas pacífica y caribe (al occidente y norte del país

respectivamente). El último sector corresponde al sistema periférico, el cual

cubre los sistemas montañosos aislados, como el de la sierra Nevada de Santa

Marta y la Macarena.

5

Fig. 2 Diagrama de altimetría. Ruta: Puerto Gaitán - Bogotá D.C.

A diario, por las carreteras del país transitan una gran cantidad de vehículos, se

estima según el Ministerio de Transporte nacional que alrededor de 179’915.072

pasajeros nacionales se movilizaron durante el 2013 en el país. También, según

este ministerio, hasta el año había 2’828.671 automóviles, 777.207 camionetas,

603.716 camperos, del total nacional donde se incluyen, servicio particular,

público y oficial. Ante esto, es notable la importancia que tiene el sector del

transporte terrestre en nuestro país, convirtiéndolo en la forma más común de

desplazamiento de un lugar a otro de los colombianos.

Cómo se ha mencionado con anterioridad, las empresas fabricantes de

vehículos, los diseñan y elaboran bajo condiciones atmosféricas estándar

correspondientes a nivel del mar, olvidando lo que puede suceder al variar estas

condiciones, y la influencia de estas en el desempeño del vehículo.

Fig. 3 Diagrama de altimetría. Ruta: Bogotá D.C. - Cali. Imagen tomada de http://www.destinosyplanes.com/portal/images/stories/mapas/mapasaltimetria/finalaltimetiraruta1.png

Dada la riqueza topográfica colombiana y el movimiento de pasajeros que se

desplazan en el territorio nacional, es importante estudiar el efecto que tiene la

6

altitud en el desempeño mecánico y energético de un vehículo cuyo motor sea

alimentado por gasolina, ya que según el Ministerio de Transporte, en 2009 el

91,9% del consumo de gasolina motor correspondió al sector transporte,

mientras que el diésel fue únicamente del 69,7%.

Por lo anterior, este proyecto pretende cuantificar el efecto que tienen distintas

condiciones atmosféricas del territorio nacional colombiano en el desempeño

mecánico y energético de un vehículo propulsado por un motor de combustión

interna. El método para la solución a este problema serán las pruebas de

carretera y pruebas dinamométricas a diferentes altitudes, éstas pruebas

seguirán un protocolo basado en normas internacionales con el fin de que se

puedan replicar y se logre realizar una comparación bajo condiciones similares.

4. Estudio bibliográfico

4.1. Ámbito mundial

A nivel mundial, se han desarrollado diversos estudios que tratan acerca del

estudio de la afectación de un vehículo automotor en diversas condiciones de

altitud, la manera como se estudia este fenómeno se resume en la tabla descrita

a continuación.

Fig. 4 Mapa conceptual de estudio en condiciones de altura

La búsqueda de la bibliografía se ha realizado basada en la selección que se ha

hecho del estudio del vehículo como sistema, y con la ejecución de las pruebas

de carretera principalmente, debido a la reciente incorporación de las pruebas

dinamométricas con consumo de combustible. En esta sección de la figura 4,

hay muy pocos estudios al respecto, por lo que se han seleccionado tres artículos

académicos de gran importancia, para entender como la altitud afecta el

desempeño de un vehículo.

7

Experiments of Effects of Atmospheric Conditions on the

Performance of an Automotive Gasoline Engine. (Nakajima,

Shinoda, & Onoda, 1969)

Este estudio fue desarrollado por Toyota Motor, y es uno de los trabajos pioneros

en las condiciones de altitud, por lo que es de vital importancia mencionarlo en

este proyecto. Consiste básicamente en una serie de experimentos que se

llevaron a cabo para clarificar varios problemas del motor a gasolina. Se

aplicaron varias condiciones atmosféricas a un motor de gasolina de 4 cilindros

en un laboratorio, en el cual se han desarrollado pruebas de dinamómetro con

acelerador a fondo.

Luego de realizar la experimentación correspondiente, y obtener resultados

importantes, se concluye que los efectos de la presión atmosférica, temperatura

de succión del aire, y humedad en el desempeño del motor son independientes

una de otra. El rango de la humedad encontrado durante la prueba se debe tener

en cuenta cuando la razón máxima de aire combustible a la salida y la regulación

de encendido se han determinado, puesto que la humedad afecta estos dos

parámetros.

Effects of atmospheric temperature and pressure on the

performance of a vehicle. (Soares & Sodré, 2002)

Este trabajo, se asemeja más al proyecto desarrollado, consistió en el desarrollo

de pruebas de carretera bajo diferentes condiciones de temperatura ambiente,

presión y humedad, midiendo el tiempo de aceleración para observar la

influencia de las condiciones atmosféricas en el desempeño de un vehículo. El

vehículo de prueba que se utilizó es propulsado por un motor a gasolina de

cuatro cilindros, con múltiple de admisión de longitud variable e inyección de

combustible multipunto. Las pruebas al vehículo se llevaron a cabo a nivel del

mar y a una altitud de 827 m sobre el nivel del mar, con variación en la

temperatura ambiente entre 20 y 30ºC.

Los tiempos requeridos por el vehículo para ir desde 80 a 120 km/h, desde 40 a

100 km/h y para alcanzar distancias de 400 y 1000 m desde una velocidad inicial

de 40 km/h en aceleración máxima fueron grabados. Los resultados mostraron

que el desempeño del vehículo fue mayormente afectado por cambios en la

presión atmosférica que en la temperatura. Una diferencia de 3% en el tiempo

para lograr los 1000 m, saliendo desde la velocidad de 40 km/h en aceleración

máxima, fue encontrada entre las presiones atmosféricas probadas, para una

temperatura fijada.

Entre las conclusiones logradas se destaca que la presión atmosférica es el

parámetro que más influye en el desempeño del vehículo, ya que a una mayor

altitud el motor tiene que generar una mayor potencia principalmente en la

prueba de 80 a 120 km/h. El aumento de la temperatura atmosférica aumenta

los tiempos de aceleración. En la prueba de 1000 m, ocurrió una diferencia de

0.4% para un intervalo de 5ºC, por lo que la temperatura no es un parámetro de

importancia en el desempeño de un vehículo.

8

Research on Measurement Method of Road Gradient and Altitude

by On-Road Driving. (Sato, Yamamoto, Ogawa, & Fukuro, 2009)

Este artículo es más reciente que los anteriores, y es un aporte interesante de lo

que se está realizando con las pruebas de carretera en la actualidad. Se

desarrolla basado en que las emisiones del exosto de un vehículo bajo

condiciones de conducción en carretera son afectadas por el estado de control

de la ECU (Unidad de Control del Motor).Este estado de control depende de la

fuerza motriz del vehículo, ésta es aproximada a la resistencia a la tracción, que

es la suma de la resistencia a la aceleración, aerodinámica, a la rodadura, y por

pendiente. Aunque esto es esencial para tomar una medición precisa de la

pendiente de la carretera, es completamente difícil para evaluar la resistencia

por pendiente en pruebas de conducción en carretera.

En este estudio, los métodos de medición de la pendiente de la carretera y la

altitud con GPS, giroscopio y un sensor de altura son reportados. La pendiente

de la carretera bajo las condiciones de manejo es evaluada por la combinación

de la medición del ángulo pitch con el giroscopio y midiendo la pendiente del

vehículo con los dos sensores de altura. De este método, se puede verificar la

forma de evaluación de la altitud de la ruta durante la prueba de conducción.

Luego de obtener los datos respectivos, se puede estimar cual es la resistencia

a la pendiente de la carretera mediante conducción en carretera, para así llegar

a calcular la resistencia a la tracción y por ende la fuerza motriz del vehículo.

5. Metodología

Lo que se desarrolló en el presente proyecto de grado está enfocado

directamente a los vehículos automotores, especialmente automóviles con

motores de combustión interna y encendido por chispa, para observar el efecto

de la altitud en estos bajo diferentes condiciones de operación a través de la

realización de pruebas de carretera y dinamométricas.

La metodología empleada se desarrolla a partir de los objetivos específicos

descritos con anterioridad, tomando cada uno de estos como una fase con una

serie de actividades a desarrollar.

La primera fase consistió en el objetivo i., para llevarlo a cabo se partió de lo

referenciado en las normas SAE e ISO según el estudio bibliográfico realizado

más a fondo al momento de iniciar el proyecto de grado, luego de hacer la

revisión y tener claro lo enunciado por estas normas, se procedió a diseñar un

protocolo de pruebas de carretera necesarias para lograr el objetivo general del

proyecto que es lo que esperado al final del proyecto de grado.

Para la segunda fase, se llevó a cabo el objetivo ii. Es necesario haber definido

todo acorde al objetivo i. de la primera fase. Luego de tener todo listo, se espera

que con la ejecución de estas pruebas los resultados sean confiables y acordes

a lo que se busca con el desarrollo del proyecto.

La tercera fase desarrolló el objetivo iii., en donde se observó que los resultados

se encuentren en los criterios de aceptación establecidos según las normas SAE

9

e ISO. Si esto no cumple con lo esperado, es necesario revisar lo que pudo

afectar y observar desde que punto comenzaron a presentarse los posibles

errores con el fin de corregirlos.

En la cuarta fase del proyecto, luego de llevar a cabo la tercera fase y realizar

las correcciones pertinentes, nuevamente se realizan las pruebas en Bogotá y el

objetivo iv. se replica en otro lugar del territorio nacional, como en la ciudad de

Villavicencio Meta para completar dos altitudes y desarrollar las pruebas

previstas.

La quinta y última fase del proyecto, desarrolló los aspectos formales del

proyecto de grado, como la elaboración de la presentación intermedia, redacción

y revisión del documento final, y su respectiva presentación final.

5.1. Diseño experimental

Partiendo de que se han seleccionado 3 pruebas para determinar el efecto de la

altitud en el desempeño de un vehículo automotor, se ha desarrollado un

protocolo de pruebas para cada una de estas (Ver Anexos). A continuación se

describirá con más detalle los protocolos de evaluación y el contenido de cada

una de las pruebas.

5.1.1. Protocolos de evaluación

Los protocolos desarrollados por la SAE internacionalmente, sirven para la evaluación de diversos parámetros que definen el desempeño general de los vehículos. Los protocolos seleccionados para la evaluación de los vehículos permiten determinar los aspectos necesarios para cuantificar cada tipo de desempeño de manera sencilla, precisa, y confiable. A continuación se presentará una tabla la cual condensa los protocolos internacionales que regulan las pruebas de carretera en vehículos automotores.

Tabla 1. Protocolos seleccionados para la determinación del efecto de la altitud en el desempeño del vehículo.

Nombre de la prueba Norma Desempeño

Medida de la aceleración del vehículo SAE J1491 Mecánico

Deceleración natural de un vehículo SAE J1263 Mecánico

En el caso del desempeño energético, dichas pruebas no están regidas en el momento por ningún protocolo de evaluación formal, la prueba que mide este desempeño será descrita a continuación.

5.1.2. Pruebas a realizar

5.1.2.1. Desempeño mecánico

Este tipo de desempeño se entiende como todo lo referente a las partes que afectan el movimiento del vehículo evaluado. Las partes de

10

importancia involucradas son el motor, el sistema de combustible y la transmisión.

Mediante estas pruebas, se desea conocer el comportamiento del vehículo en cuanto a su capacidad de aceleración, pérdidas de potencia, ciclo de trabajo del sistema de refrigeración y temperatura de operación del motor. Las pruebas que se llevarán a cabo son las propuestas por (García, 2013) las cuales consisten en pruebas de aceleración y pruebas de deceleración natural.

5.1.2.1.1. Prueba de aceleración

Esta prueba se lleva a cabo acelerando el vehículo con el pedal a fondo hasta una distancia o velocidad de referencia, realizando los cambios de marcha acorde a lo recomendado por el fabricante.

Para estas pruebas se selecciona como referencia para los tiempos de aceleración, el tiempo requerido para alcanzar la velocidad de 80 km/h, la cual corresponde a la velocidad máxima en carreteras nacionales y departamentales en Colombia. (García, 2013)

5.1.2.1.2. Pruebas de deceleración natural

Básicamente, la prueba consiste en llevar el auto de prueba a una velocidad 5 km/h superior a la definida para el inicio de la deceleración, luego se desacopla el motor del tren motriz ubicando la marcha en “neutro” y con esto se permite que el vehículo desacelere solamente por el efecto de las cargas de la carretera. Durante esta prueba se mide también la velocidad del viento para determinar si se encuentra en el rango de velocidades permitido por la norma. Para este proyecto se realizaron 3 pares de pruebas, que consistieron de velocidades correspondientes a: 60, 50 y 40 km/h.

5.1.2.2. Desempeño energético

La evaluación de este desempeño consiste en la determinación del consumo de combustible de un vehículo al recorrer una distancia, bajo cierta condición de operación. Este consumo está afectado principalmente por las condiciones atmosféricas, las paradas, las aceleraciones y la velocidad promedio del vehículo.

5.1.2.2.1. Consumo de combustible

En esta prueba se determina el consumo efectivo de combustible junto con la potencia y el par desarrollado por el vehículo para una velocidad angular constante durante un minuto. Ésta prueba se realiza junto con los dinamómetros y se tiene una condición

11

estacionaria en dicha prueba al realizarla cada 500 RPM. Las velocidades angulares de prueba son 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000. Por otra parte se realizaron pruebas en condición transitoria, pero estas no hacen parte del cuerpo del documento. (Ver Anexos)

5.2. Equipos e instrumentación

Los protocolos utilizados cuentan con unas características específicas en lo que

a instrumentos respecta, (Matallana, 2009) describe en su proyecto de grado

acerca de estas características y los posibles instrumentos a utilizar, como

también (García, 2013) lo hace más recientemente con los instrumentos con los

cuales cuenta la Universidad de Los Andes.

5.2.1. Medición de posición, velocidad, aceleración y tiempo

El equipo a utilizar es el VBOX III 100 Hz GPS Logger, es un instrumento

especial para la medición de estas variables, es fabricado por la empresa

Racelogic y utiliza la tecnología GPS para su funcionamiento. Otra

característica interesante de este equipo es que se puede utilizar en

diferentes configuraciones, donde se puede modificar el tipo de antena

para la comunicación con los satélites y la utilización de otros sistemas

periféricos a través de los cuales se puede mejorar la precisión de las

mediciones o ampliar el espectro de variables a medir. El sistema de

adquisición de datos se basa en el uso de una tarjeta flash.

Tabla 2. Especificaciones GPS de alta resolución.

Medida Precisión

Distancia ± 0.05% lectura

Velocidad ± 0.1 km/h

Altura ± 6 m

Fig. 5 Equipo VBOX utilizado para las mediciones dinámicas sobre el vehículo. Imagen tomada de http://racelogic.files.wordpress.com/2009/03/vbox-3i.jpg

12

5.2.2. Medición de flujo de combustible

Para esta medición se utiliza el flujómetro de combustible DFL-3x-5bar Corrsys-Datron, este dispositivo de desplazamiento positivo está diseñado para trabajar con gasolina, biocombustibles y diésel. El sistema está integrado por dos unidades, el sensor de consumo y la unidad intercambiadora de calor para uso en sistemas con línea de retorno. También cuenta con el regulador de presión integrado al sistema, mediante el cual se garantiza que el sistema de alimentación en el cual se instala sigue funcionando con la misma presión antes y después de la instalación. Sus características más relevantes se presentan a continuación.

Tabla 3. Especificaciones flujómetro de combustible DFL 3x-5 bar de Corrsys – Datron.

Rango Precisión

Volumen [L] - ± 0.5%*

Flujo [L/h] 0-250 -

Temperatura [ºC] -20 – 75 ± 1.5

Presión [MPa] 0 – 0.6 ± 0.25%

* en el rango de 1 – 50 L/h.

Fig. 6 Flujómetro de combustible. Imagen tomada de http://www.corrsys-datron.com/Assets/Images/photos/130_DF1_complete.jpg

Respecto a la adquisición de la señal generada por el flujómetro de combustible, según (García, 2013) se debe realizar de manera analógica la adquisición generada por el transductor, ya que de esta manera se requieren menores modificaciones al sistema de adquisición utilizado en las pruebas de carretera y la verificación de los valores adquiridos se logra de una manera más directa.

5.2.3. Medición de Potencia y Momento par

Esta medición se lleva a cabo con el uso de un par de dinamómetros de eje-cubo DYNOmite TM Axle-Hub Dynamometer de Land & Sea. Dichos dinamómetros son ensamblados a las campanas del eje de tracción del vehículo de prueba. De estos se puede obtener la potencia mecánica útil en el eje, considerando la totalidad del tren de potencia.

13

Fig. 7 Dinamómetros de eje. Imagenes tomadas de http://www.land-and-sea.com/axle-hub_dyno/axle-hub-dyno.htm

5.2.4. Condiciones ambientales

Para medir la velocidad del viento, la temperatura ambiente y la humedad relativa se utiliza el termo – anemómetro EXTECH 45158. Entre sus características se encuentran las siguientes.

Tabla 4. Especificaciones termo – anemómetro EXTECH 45158

Rango Precisión

Velocidad del viento [m/s] 0.5 – 28 ± 3% lectura + 0.2

Temperatura [ºC] -18-+50 ± 1

Humedad relativa [%] 10 – 95 ± 4

Fig. 8 Termo-anemómetro EXTECH 45158. Imagen tomada de http://www.tester.co.uk/media/catalog/product/cache/2/image/0e2d86ceb912cb34ce62b29ae5750017/E/x/Extech-45158-Mini-Thermo-Anemometer-with-Humidity-1.jpg

Respecto a la presión atmosférica en cada una de las condiciones para realizar las pruebas, se utiliza un barómetro portátil, el cual cuenta con las características descritas posteriormente.

Tabla 5. Especificaciones barómetro portátil.

Rango Precisión

Presión [kPa] 30 – 110 ± 1

Temperatura [ºC] -10-+60 ± 1

Altura [msnm] -700-+9000 ± 2

14

Fig. 9 Barómetro OEM DA2018. Imagen tomada de http://es.aliexpress.com/item/Digital-Altimeter-6-in-1-Multifunction-Barometer-Compass-Thermometer-Weather-forecast-Time/472136517.html

6. Procedimiento experimental

En esta parte se introducirá todo lo relacionado al desarrollo de las pruebas de carretera y dinamométricas, principalmente la elaboración de protocolos de prueba, la verificación del funcionamiento de los equipos principalmente el flujómetro de combustible, la medición de la pendiente de carretera y las pruebas definitivas llevadas a cabo.

6.1. Elaboración de protocolos de prueba

El paso anterior para lograr los objetivos específicos es la elaboración de protocolos de prueba basados en estándares internacionales. Primero se definieron las pruebas de carretera a realizar. Posteriormente, se buscaron normas que estandarizaran este tipo de pruebas, basada en la consulta realizada por (García L. A., 2013). Estas fueron únicamente para las pruebas de carretera debido a que la prueba dinamométrica realizada para la medición de consumo efectivo de combustible, en el eje es la primera vez que se realiza en la Universidad de Los Andes, para la obtención de potencia y momento par mediante pruebas dinamométricas se tienen los antecedentes elaborados por (García L. A., 2013) y posteriormente (Steffens, 2014) quien se dedicó explícitamente a evaluar el desempeño mecánico mediante el uso de dinamómetros. Las normas utilizadas son las que se especifican en la Tabla 1. En dichos protocolos se especifican las características con las cuales deben cumplir la instrumentación utilizada, las características del vehículo de prueba, condiciones de prueba, el alistamiento previo del vehículo, el procedimiento de prueba, junto con la verificación y obtención de los datos. Adicional a los protocolos se encuentran las listas de verificación y secuencia que siguen los pasos al momento de realizar la prueba.

6.2. Verificación de funcionamiento de equipos

Antes de realizar las pruebas, fue necesario verificar el estado en el cual se encontraban los equipos como también su correcto funcionamiento, se hicieron pruebas en todos los equipos principalmente en el VBOX III 100 Hz GPS Logger y el flujómetro DFL-3x-5bar Corrsys-Datron, esto debido a que el VBOX es un dispositivo que se maneja mediante un sistema de triangulación satelital, tiene que estar en un espacio abierto sin presencia de árboles que interfieran con la señal. También, en el caso del flujómetro

15

hay que tener en cuenta dos parámetros que se comentarán a continuación.

6.2.1. Verificación de funcionamiento - flujómetro DFL-3x-5bar Corrsys-

Datron.

Según el manual de usuario del flujómetro DFL-3x-5bar Corrsys-Datron éste debe funcionar en un rango de operación de presión de combustible entre 0-5 bar como también en un rango de caudal de 0-250 L/h. Para el rango de operación de presión de combustible se hizo uso de un manómetro incluido en el equipo, éste instalado en el vehículo de prueba da un valor dentro del rango permitido por lo que tiene un correcto funcionamiento por presión, el valor estuvo por debajo de los 3 bares de presión según lo indicado por el manómetro.

Fig. 10 Manómetro medidor de presión de combustible

Por flujo de combustible, el caudal con línea de retorno es muy bajo con relación al máximo expuesto en el manual del fabricante, por lo que es necesario observar lo que sucede sin línea de retorno. En este montaje se utilizó una bomba de gasolina con el fin de realizar un montaje en el cual no interviniera la línea de retorno, el procedimiento para llevar esta prueba es similar a como si el flujómetro estuviese instalado en un vehículo. El resultado fue de 137.1 L/h, el cual está dentro del rango expuesto en el manual del fabricante.

Fig. 11 Montaje verificación del funcionamiento del flujómetro

16

6.3. Medición de pendiente en carretera

Una de las características que influyen en el desarrollo de las pruebas de carretera es la pendiente del tramo de prueba, tanto para la prueba de aceleración como para la prueba de aceleración natural lo que constituye una resistencia más a vencer por parte del vehículo. Para medir la pendiente se utilizó un nivel de construcción, éste se ubicó sobre varios puntos en los tramos de prueba en donde se observa que la burbuja de nivel primero que todo se encuentre en esta región, luego la burbuja se lleva a los extremos dentro de la región de nivel subiendo cada punta del nivel a una altura que posteriormente se mide, luego se promedian estas alturas y se divide el promedio por la longitud total del nivel, esto multiplicado por 100 da el valor de la pendiente en ese punto. Para obtener los valores se parte del concepto de pendiente utilizando un triángulo rectángulo, ésta se obtiene utilizando la siguiente ecuación

𝑚 =𝑦

𝑥 (1)

En donde m corresponde a la pendiente, y a la altura a la cual se sube el nivel y x a la longitud del nivel.

Fig. 12 Ilustración triangulo rectángulo para el cálculo de pendiente

Fig. 13 Imágenes medición de pendiente

Previamente a la medición en carretera, se realiza una prueba sencilla con la cual se quiere ver cuál es la pendiente máxima que se puede medir utilizando el nivel de prueba. Para esto se ubica el nivel horizontalmente sobre una superficie lisa en la cual la burbuja de nivel esté en uno de los extremos de la región de nivel, éste se toma como el punto cero de nivel, para observar el máximo se eleva el nivel hasta que la burbuja ocupe el

17

otro extremo de la región de nivel, esta altura es medida y corresponde a 1.68% por lo que este método experimental no sirve para medir pendientes mayores a este valor.

Fig. 14 Posición horizontal del nivel

Fig. 15 Posición máxima de altura del nivel

El error asociado a cada una de las mediciones tomadas con el nivel se calcula mediante la fórmula general para la propagación del error de la siguiente manera:

𝛿𝑚 = √(𝜕𝑚

𝜕𝑦∆𝑦)

2

+ (𝜕𝑚

𝜕𝑥∆𝑥)

2

(2)

La siguiente tabla, muestra los resultados de la medición en los dos tramos de prueba.

Tabla 3 Resultados medición de pendiente

Distancia

(m)

Villavicencio

(Ida) (%)

Villavicencio

(Regreso)

(%)

Distancia

(m)

Bogotá

(ida)

(%)

0 1.21 0 0.49

50 1.40 0.93 40 0.62

100 0.97 0.99 90 0.66

150 0.91 0.57 150 0.60

200 0.89 0.98 210 0.61

250 0.86 1.62 260 0.59

300 0.86 0.43 310 0.58

325 0.98 0.89

�̅� (%) 1.01 0.92 �̅� (%) 0.59

𝜹𝒎(%) 0.22 0.22 𝜹𝒎(%) 0.22

Según las normas SAE empleadas para el diseño de los protocolos de prueba, la pendiente máxima permitida es de 0.5%, en el caso de los protocolos se fue más flexible colocándose un 2% de pendiente.

18

6.4. Pruebas definitivas – Carretera

Las pruebas que se llevaron a cabo fueron tres en dos ciudades con altitudes y condiciones atmosféricas diferentes. Éstas se realizaron basadas en las normas y protocolos de pruebas elaborados que fueron diseñados para estas pruebas. Las pruebas en ambas ciudades se realizaron de la misma manera con el fin de que no hubiera variaciones en lo establecido en los protocolos de prueba.

6.4.1. Sitio de prueba de alta altitud, Bogotá D.C. (2600 m.s.n.m.)

Fig. 16 Tramo de prueba Bogotá D.C.

El sitio de prueba de alta altitud se encuentra ubicado sobre la carrera 60 entre calles 53 y 63, como se observó anteriormente, la pendiente de este tramo es de 0.59% por lo que está dentro del rango de pendiente que se tomó en el protocolo, ésta es una vía urbana un poco concurrida en el día pero entre las 4:00 a.m. y 5:00 a.m. es muy buen escenario para llevar a cabo las pruebas de carretera. La longitud del tramo de prueba es cercana a los 700 m.

6.4.2. Sitio de prueba de baja altitud, Villavicencio - Meta (392 m.s.n.m.)

Fig. 17 Imágenes tramo de prueba Villavicencio

La prueba en Villavicencio se realizó sobre la avenida Catama, la pendiente a

ambos lados del tramo difiere, pero está dentro del rango permitido según el

19

protocolo, en este tramo se pueden llevar a cabo las pruebas en cualquier

momento del día siempre que no haya mucho tráfico o alguna acción que

coloque en riesgo la integridad de las personas. El tramo de prueba tiene una

longitud aproximada de 450 m.

6.5. Pruebas definitivas – Dinamométricas

Esta prueba se realizó de dos maneras, una en condición estacionaria punto por

punto obteniendo potencia y momento par en el eje y consumo efectivo de

combustible, como el cociente entre el flujo másico obtenido desde el caudal

adquirido por el flujómetro y la potencia obtenida. La otra prueba se realizó en

condición transitoria con un barrido desde 1500 hasta 5000 RPM. La que se

describe en este proyecto de grado fue la realizada en condición estacionaria.

Estas pruebas definitivas estuvieron asistidas por el grupo de dinámica vehicular

de la Universidad de Los Andes dirigido por el profesor Luis Muñoz y conformado

por: Sergio Roa, Gabriel Steffens, Juan Camilo Sierra, Jorge Gómez y Natalia

Rincón.

Fig. 18 Montaje pruebas dinamométricas y consumo Bogotá D.C. (2600 m.s.n.m.)

Al igual que las pruebas de carretera, estas pruebas también se llevaron a cabo

en dos altitudes diferentes, en la ciudad de Bogotá D.C. en el laboratorio de

dinámica vehicular de la Universidad de Los Andes y en la ciudad de Villavicencio

Meta en las instalaciones de un taller de servicio automotriz ubicado en el barrio

El estero. Dichas pruebas se realizaron de igual manera en ambas altitudes con

el fin de evitar errores adicionales y variaciones durante las pruebas. Para

observar las condiciones atmosféricas durante estas pruebas Ver tabla 4.

Fig. 19 Montaje pruebas dinamométricas y consumo Villavicencio Meta (392 m.s.n.m.)

20

7. Procesamiento de datos

A continuación se describirá el proceso de obtención de datos junto con su

respectivo procesamiento. En el caso de las pruebas de carretera, tanto para

aceleración como para desaceleración natural los datos se adquirieron mediante

la tarjeta flash del VBOX, estos datos fueron procesados en Microsoft Excel de

tal manera que quedaran las columnas correspondientes a tiempo (s), velocidad

(km/h) y distancia (m) y posteriormente se cargaron en MATLAB para aplicar el

filtrado correspondiente.

En el caso de la toma de datos de la prueba de consumo de combustible

mediante el uso de dinamómetros y flujómetro, se utilizó una tarjeta de

adquisición de datos BNC de National Instruments ya que el flujómetro dentro de

su software no cuenta con la adquisición de datos, esta acción se logró con

ayuda del software LABVIEW.

Por otra parte, los dinamómetros cuentan con su propio sistema de adquisición

de datos, el inconveniente se tuvo al momento de realizar las pruebas de

condición transitoria de consumo de combustible (Ver Anexos) ya que no había

un sistema que uniera tanto al flujómetro como a los dinamómetros en la toma

de datos, lo cual pudo ser una fuente de error y conllevó a que dichos datos no

se incluyeran en el cuerpo de este documento.

7.1. Prueba de aceleración

Basado en la norma SAE J1491 (Society of Automotive Engineering, 2006), hay

un tiempo de respuesta el cual se debe tener en cuenta para iniciar la toma de

datos, dicha norma sugiere que este sea cuando el vehículo haya recorrido 1 ft

(0.3048 m) de distancia. Luego de realizar un determinado número de pruebas

(como mínimo 3) de aceleración, estos resultados deben encontrarse por debajo

del 3% que es el límite máximo que se establece en el coeficiente de variación.

Dicho coeficiente se calcula de la siguiente manera:

𝑪. 𝑽.=𝑺.𝑫.

�̅�∗ 𝟏𝟎𝟎% < 𝟑% (𝟑)

En donde S.D. hace referencia a la desviación estándar del par de pruebas, y �̅�

a la media de las pruebas individuales. En el caso de que la prueba no se

encuentre dentro de lo establecido por la ecuación (3) se deshecha. El parámetro

empleado para el cálculo de este coeficiente fue el tiempo final.

En MATLAB se creó un programa que primero recortara el tiempo de respuesta

de la señal, posteriormente filtrara ésta y corrigiera el tiempo del inicio de la

prueba. Al final, estos datos son exportados en Excel con el fin de realizar una

gráfica conjunta de la prueba de aceleración y la obtención de los parámetros de

interés que serán mostrados más adelante.

21

7.2. Prueba de desaceleración natural

Para esta prueba se tomaron los datos correspondientes a la desaceleración

natural con velocidades de inicio de 60-50-40 km/h. Los datos fueron adquiridos

desde el VBOX mediante una tarjeta flash, al igual que los datos de aceleración

natural, primero fueron exportados a Microsoft Excel para colocarlos en la

disposición descrita anteriormente, luego son exportados a MATLAB donde se

les aplica un filtro, luego mediante el uso de un script en este software se da

solución al siguiente modelo de ecuaciones desarrollado por (García L. A., 2013)

con el fin de obtener el coeficiente de arrastre Cd y de rodadura fr del vehículo

utilizado para las pruebas, y con esto comparar la influencia de las condiciones

atmosféricas en las cargas aerodinámicas presentes en el vehículo.

Para minimizar el efecto que tiene el arrastre del viento, las pruebas se realizan

en ambas direcciones del tramo de prueba, cabe recordar que la pendiente

también tiene un efecto por lo que no puede superar el 2% establecido en los

protocolos de prueba. Cumpliéndose lo de la pendiente, y también que la

velocidad máxima del viento sea menor a 16 km/h, se hace uso del siguiente

modelo que desprecia el efecto de la pendiente y de la velocidad del viento.

𝑀𝑣

𝑑𝑣

𝑑𝑡= −𝑓𝑟𝑀𝑔 −

1

2𝜌𝐶𝐷𝐴𝑣2 (𝟒)

De (4) se observa que se puede obtener un sistema matricial de la siguiente

manera:

𝐴�⃗� = �⃗⃗� (𝟓)

Entonces, partiendo de (5) las matrices para A, x y b y de la definición de masa

equivalente (me=1.03m) elaborada por la norma seguida, x se soluciona de la

siguiente manera:

𝐴 =

[ −𝑀𝑒𝑞𝑔 −

1

2𝜌𝐴𝑣1

2

⋮ ⋮

−𝑀𝑒𝑞𝑔 −1

2𝜌𝐴𝑣𝑛

2]

; �⃗� = [𝑓𝑟𝐶𝑑

] ; �⃗⃗� = [

𝑀𝑒𝑞𝑎1

⋮𝑀𝑒𝑞𝑎𝑛

] (𝟔)

Por propiedades del algebra lineal, se soluciona (5) como:

�⃗� = (𝐴𝑇 ∙ 𝐴)−1(𝐴𝑇 ∙ �⃗⃗�) (𝟕)

Con los datos de velocidad obtenidos durante las pruebas de desaceleración se

realiza el cálculo de la aceleración como se muestra a continuación:

𝑎𝑛 =𝑑𝑣

𝑑𝑡≈

∆𝑣

∆𝑡 (𝟖)

Para el cálculo de la densidad se hace uso de la siguiente ecuación empleada

por (García L. A., 2013).

22

𝜌 = 1.2929273.13

𝑇 + 273.13∗

𝐴𝑃 − (𝑆𝑉𝑃 ∗ 𝑅𝐻)

760 (9)

De (9) se observa que T es la temperatura medida en grados Celsius, AP la

presión atmosférica en milímetros de mercurio, SVP la presión de saturación de

vapor y RH la humedad relativa, todos estos datos se calcularon empleando los

instrumentos descritos en la sección 5.2.4.

A partir de la señal filtrada, se obtiene la aceleración la cual se reemplaza en �⃗⃗�

en la ecuación 6, y según la ecuación 7, se obtiene los valores para 𝐶𝑑 y 𝑓𝑟, que

son los que se quieren comparar en los dos sitios de pruebas.

7.3. Prueba de consumo de combustible

Con los dinamómetros se obtuvo la potencia y el momento par en el eje durante

la revolución a estudiar durante un minuto, estos equipos cuentan con su propio

sistema de adquisición de datos, dichos datos fueron exportados a Excel y fueron

promediados. Por otra parte, el flujómetro de combustible es conectado a una

tarjeta de adquisición de datos y son obtenidos usando el software LABVIEW,

luego del minuto de prueba se exportan a Microsoft Excel donde son

promediados estos datos. Ya teniendo todos los datos, se calcula el flujo másico

de combustible como:

�̇� = 𝑄𝜌 (10)

Luego, se calcula el Consumo Efectivo de Combustible (C.E.C.) el cual viene

dado como el cociente entre el flujo másico y la potencia y las unidades son de

[g/MJ].

Para el caso transitorio, no hay un sistema que adquiera los datos al tiempo lo

cual puede generar error en los datos adquiridos, también la señal del flujómetro

viene con una gran cantidad de ruido por lo que es necesario filtrar esta señal,

luego del filtrado y de la corrección de la frecuencia con la que se adquieren los

datos (Dinamómetros: 200 Hz – Flujómetro: 1000 Hz) se calcula el flujo másico

y el C.E.C. Por último se grafican los datos para comparar tanto las condiciones

estacionaria y transitoria, o la diferencia entre los datos obtenidos en ambos

sitios de prueba.

7.4. Manejo de señales

Para el filtrado de las señales de aceleración y desaceleración natural se utilizó

un filtro Savitzky-Golay el cual se encarga de suavizar los datos obtenidos.

Según (García L. A., 2013) este filtro es el que mejor se ajusta a las

características de la señal y está basado en una regresión polinomial de grado k

con por lo menos k+1 uniformemente separados para así determinar el nuevo

valor de cada punto, creando una serie de datos similar a la original pero más

suave.

En la condición estacionaria en la prueba de consumo de combustible no se

utilizó filtro, mientras que para la condición transitoria se utilizó un filtro pasa

23

bajas butterworth en MATLAB, los parámetros de entrada para este filtro fueron

los datos adquiridos, se utilizó un orden 4 y una frecuencia de corte de 1 Hz

debido a la cantidad de ruido encontrado (Ver Anexos). Sin embargo, dicho filtro

no fue suficiente debido al comportamiento desordenado de la señal de C.E.C.

obtenida.

8. Análisis de resultados

A continuación se mostrarán los resultados obtenidos en las diferentes pruebas

realizadas. La tabla que se mostrará a continuación muestra las características

ambientales en las cuales se llevaron a cabo las pruebas de consumo de

combustible.

Tabla 4 Características ambientales de sitios de prueba de consumo de combustible

Alta altitud Baja altitud

Características ambientales Bogotá D.C. Villavicencio

Altitud (m.s.n.m.) 2600 392

Temperatura de prueba (ºC) 25 34.2

Presión (kPa) 74.5 97.5

Humedad relativa (%) 30-40% 30-50%

Según la norma utilizada como referencia, la presión en Bogotá no está dentro

del rango que esta sugiere para llevar a cabo las pruebas de aceleración. No

obstante, en el protocolo de pruebas, el rango de presión fue ampliado con tal

de observar lo sucedido en todas las pruebas en Bogotá.

8.1. Prueba de aceleración

En la prueba de aceleración efectuada en Bogotá se obtuvieron los siguientes

resultados.

Gráfica 1 Superposición de los 5 pares de pruebas de aceleración

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 2 4 6 8 10 12 14

Vel

oci

dad

(km

/h)

Tiempo (s)

24

Tabla 5 Resultados prueba de aceleración Villavicencio

Par

prueba Prueba

T

(ºC)

P

(kPa)

HR

(%) t (s)

Distancia

(m)

Velocidad

del viento

(km/h)

t par

prom.

(s)

S.D.

par S.D./ �̅�

1 1 28.4 96.7 66.2 11.27 161.81 2.16

11.67 0.036 0.31% 2 28.4 96.7 66.2 12.07 174.31 2.16

2 3 28.5 96.7 65 11.02 158.68 3.60

11.60 0.002 0.01% 4 28.5 96.8 65 12.17 177.99 3.60

3 5 28.9 96.8 64.1 11.15 160.66 7.2

11.77 0.084 0.72% 6 28.9 96.8 64.1 12.38 180.34 7.2

4 7 28.5 96.8 67.3 11.01 158.27 2.52

11.57 0.016 0.14% 8 28.5 96.8 67.3 12.12 176.78 2.52

5 9 28.9 96.8 61.3 11.12 160.11 4.32

11.40 0.102 0.88% 10 28.9 96.8 61.3 11.67 169.15 4.32

�̅� 11.60

Como se observa en la Gráfica 1, los resultados de los 5 pares de pruebas de

aceleración mantienen una misma tendencia, esto también se evidencia en la

tabla 5 en la cual los coeficientes de variación de cada par de prueba están por

debajo del 3% recomendado por la norma, por lo que no hubo necesidad de

desechar ningún par de prueba.

Otro dato interesante que se puede observar de los resultados de la gráfica es

que en todos los pares de prueba el tiempo final mayor se consiguió en el tramo

de vuelta, según la medición de la pendiente la pendiente promedio de este es

menor en el tramo de vuelta, sin embargo en un punto del tramo tiene una

pendiente máxima de 1.62% lo cual pudo afectar los tiempos de la prueba.

8.2. Prueba de desaceleración natural

En esta prueba luego de dejar desacelerar libremente el vehículo siguiendo una

trayectoria recta sin intervención de la dirección o el freno durante la prueba se

obtuvieron los siguientes resultados:

Tabla 6 Resultados prueba de desaceleración natural Villavicencio

Par de

prueba

Prueba V de

prueba

(km/h)

T

(ºC)

P

(kPa)

HR

(%)

t (s) Distancia

(m)

Cd Fr

1 1 55-45 28.4 96.8 66.2 21.98 303.36 1.05 0.00

2 55-45 28.4 96.8 66.2 11.38 157.92 0.34 0.021

2 3 48-38 28.5 96.8 65 12.29 146.53 0.54 0.018

4 48-38 28.5 96.8 65 12.67 151.22 0.30 0.020

3 5 35-25 28.9 96.8 64.1 38.35 337.50 0.92 0.0029

6 35-25 28.9 96.8 64.1 15.35 127.53 0.74 0.015

Contrario a los datos de la prueba de aceleración, excepto por el segundo par de

prueba, los tiempos y las distancias mayores están dados en el sector de ida del

tramo de prueba. Sin embargo, dada la velocidad del viento los 3 pares de

pruebas son aceptados ya que no superan los 16 km/h recomendados en la

norma.

25

Por otra parte, se calcularon los coeficientes de arrastre y rodadura según la

ecuación 7 expresada con anterioridad. Estos están en el mismo orden de

magnitud de lo calculado por (García L. A., 2013) y por (García A. F., 2014),

contrario a esto los resultados obtenidos en el par de pruebas 1 y el par de

pruebas 3 tienen una diferencia de magnitud considerable en el cálculo del

coeficiente de rodadura por lo que se desechan estos dos pares de pruebas.

Dado que solo hay un par de pruebas para el cálculo de estos coeficientes, no

se pueden calcular con los datos obtenidos debido a que hacen falta muchos

más datos con el fin de desechar los que afecten el cálculo, y se deben tener en

cuenta como mínimo los resultados de 3 pares de pruebas. Al ser una prueba

cuyos resultados se ven afectados fácilmente, por temas logísticos es mejor

contar con un número bastante amplio de datos, con el fin de reducir el error en

este cálculo, como también para trabajos posteriores se sugiere una toma de

datos mucho mayor.

8.3. Prueba de consumo de combustible

En las siguientes gráficas se puede observar lo obtenido para potencia, momento

par y consumo efectivo de combustible en los dos sitios de prueba de

dinamómetros, bajo condición estacionaria.

Gráfica 2 Resultados de Potencia

0

10

20

30

40

50

60

70

0 1000 2000 3000 4000 5000

Potencia [kW]

Velocidad del motor [RPM]

Bogotá

Villavicencio

26

Gráfica 3 Resultados de Momento par

Como se puede observar en la gráfica 2, la potencia incrementa a bajas altitudes

con una pendiente mayor al incremento en altas altitudes, también en la gráfica

3 se observa como el momento par se comporta de manera similar tanto en bajas

y altas altitudes. Sin embargo, al incremento de la potencia incrementa también

el momento par, este incremento como se ve en la gráfica está bien definido y el

máximo ocurre a las mismas revoluciones en ambas pruebas.

Adicionalmente, debido a que por la presión atmosférica hay una mayor densidad

de aire a bajas alturas, el vehículo necesita presentar una mayor potencia para

vencer la resistencia aerodinámica como también dicha potencia incrementa al

haber una mayor cantidad de aire en el ambiente, por lo que se puede enriquecer

la mezcla aire gasolina con ayuda de los sensores reguladores del flujo de la

mezcla en el vehículo.

Gráfica 4 Resultados Consumo efectivo de combustible

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 1000 2000 3000 4000 5000

Par Motor [Nm]

Velocidad del motor [RPM]

Bogotá

Villavicencio

96

97

98

99

100

101

102

103

104

105

0 1000 2000 3000 4000 5000

C.E.C. [g/MJ]

Velocidad del motor [RPM]

Bogotá

Villavicencio

27

Al incrementar la densidad del aire, incrementa también la mezcla aire gasolina

en vehículos que cuentan con sistema de inyección. En el caso del consumo

efectivo de combustible sucede un fenómeno particular, puesto que tiene el

mismo comportamiento tanto a altas como a bajas altitudes, solo que a menores

revoluciones el consumo es mayor en bajas altitudes, a altas revoluciones se

consume más en altas altitudes. Esto se debe al comportamiento tanto en flujo

másico de combustible como en potencia ya que el consumo efectivo de

combustible viene dado como el cociente de estos dos parámetros mencionados

anteriormente. No obstante, en términos de caudal (ver Anexos) se presenta un

mayor consumo a bajas altitudes que en altas por las razones descritas.

Tabla 7 Comparación propiedades máximas prueba de consumo de combustible

Propiedades máximas

Bogotá Villavicencio Incremento Incremento porcentual - Villavicencio

Potencia [kW] 51.76 69.56 17.80 34.4%

Par [Nm] 106.60 135.19 28.58 26.81%

C.E.C. [g/MJ] 104.33 104.48 0.15 0.14%

Por último se observan las propiedades en su estado máximo y el incremento

que tiene cada una de estas con respecto a Villavicencio (baja altitud), el

parámetro que más incrementó porcentualmente fue la potencia obtenida

durante la prueba con un 34.4%, el par tuvo un incremento importante al

aumentar 26.81%, el consumo efectivo de combustible aumentó un 0.14%, pero

éste indicador no dice mucho dado al comportamiento que tiene dicho consumo

y que se analizó con anterioridad. De la tabla 7 se puede deducir que tanto el

desempeño mecánico en términos de potencia y momento par y el desempeño

energético como consumo de combustible es mayor a bajas altitudes que en

altas altitudes.

Conclusiones

Al desplazarse en un vehículo de un punto a otro donde involucre un cambio de

altitud, las propiedades mecánicas y energéticas del vehículo tienen variaciones

en su desempeño en general. El objetivo general se centró en observar el

desempeño mecánico y energético del vehículo en diversas altitudes observando

el efecto de las condiciones atmosféricas sobre el comportamiento de éste como

también cuantificar dichas condiciones.

Luego de desarrollar el presente proyecto de grado se puede concluir en los

siguientes aspectos:

A baja altitud, el vehículo presenta un mejor desempeño en términos de

potencia y momento par que a su vez están ligados a un mayor consumo

efectivo de combustible (Ver tabla 7), esto es según lo dicho por (Soares

& Sodré, 2002) que el parámetro que más afecta es la presión atmosférica

ya que trae consigo un incremento en la densidad del aire, esto para los

vehículos que traen sistema de inyección. Por consiguiente, también sería

28

interesante observar el efecto en vehículos de carburador sin la

modificación del mismo. Por otra parte cabe recordar que los vehículos

vienen diseñados para condiciones óptimas de operación en lugares

sobre el nivel del mar y no en sitios con altitudes elevadas, y por eso

presenta un mejor desempeño a bajas altitudes.

Con el diseño y elaboración de los protocolos de prueba se pretendía

obtener versiones mejoradas o al menos similares a lo obtenido en

proyectos de grado anteriores, dichos resultados fueron satisfactorios ya

que tanto para la prueba de aceleración como de desaceleración natural

los resultados estuvieron por los mismos ordenes de magnitud, lo cual

hace que los resultados obtenidos sean confiables. Sin embargo, estos

protocolos de pruebas de carretera pueden ser refinados aún más para

obtener mejores resultados, también, seguramente al aumentar el número

de pruebas la dispersión entre los datos disminuya por lo que se

recomienda aumentar el número de pares de pruebas principalmente en

la prueba de desaceleración natural la cual no se realizó de manera

adecuada y faltaron más pares de pruebas a una misma velocidad de

inicio y de final para establecer valores correctos de coeficientes de

arrastre y rodadura (Ver tabla 6).También, para esta prueba es necesario

ceñirse a lo explícito en las normas de referencia con el fin de obtener

datos coherentes.

La prueba de consumo de combustible en estado estacionario es una

buena aproximación a lo que ocurre en los puntos de interés, si bien, para

tener una mayor aproximación a lo que sucede en todo el rango de

revoluciones del motor a estudiar se logra con la condición transitoria, ya

que con esta condición se puede obtener información más exacta acerca

de los puntos máximos en los 3 parámetros obtenidos, como también se

puede describir mejor el consumo efectivo de combustible ya que con la

prueba en condición estacionaria no se puede observar un

comportamiento definido, excepto que a bajas revoluciones el consumo

es mayor en bajas altitudes y a altas revoluciones se consume más

combustible en altas altitudes.

29

Recomendaciones

Luego de obtener resultados confiables acordes a los proyectos de grado

anteriores, junto con los obtenidos mediante pruebas dinamométricas

especialmente lo obtenido por el flujómetro de combustible es necesario seguir

observando que sucede en diferentes altitudes, pero sobre todo refinar los

protocolos de prueba reduciendo el error presente en las mediciones para

obtener resultados más exactos con un mínimo error posible, con esto se hace

referencia a lo siguiente:

En primer lugar, hay que contar con un sistema de adquisición de datos conjunto

para los dinamómetros y el flujómetro, que empiecen y terminen al mismo

tiempo, y que también estén a la misma frecuencia de muestreo puesto que esto,

también genera un error en los datos principalmente en las pruebas de estado

transitorio, las cuales hubieran sido de vital importancia para la obtención de los

valores máximos especialmente en el consumo efectivo de combustible.

También, en este punto se debe estudiar un filtro para la señal de caudal que

logre reducir el ruido presente en la señal de la mejor manera y logre suavizarla

para que se vea de la mejor manera y la comparación con la señal obtenida en

la condición estacionaria sea lo mejor posible.

La pendiente debe ser medida de una mejor manera, ya que con el nivel de

construcción hay un error amplio y esto se debe al gran rango que maneja el

área de nivel. Para esto se sugiere el uso de inclinómetros más precisos, como

el DXL360S Digital Protractor el cual cuenta con una alta resolución de 0.01º al

medir la pendiente y una precisión de ± 0.05º lo que en porcentaje equivale a

0.02% y ± 0.09% respectivamente. Con esto, se puede seleccionar tramos de

prueba que presenten menores cambios de pendiente y estén por debajo del

0.5% sugerido por las normas SAE desde un principio.

En el caso de la obtención de los parámetros de los coeficientes de arrastre CD

y de rodadura fr, sería interesante primero, ver de qué manera el error puede ser

reducido y también en que difiere si se tiene en cuenta la pendiente del tramo de

prueba, y la velocidad y dirección del viento, ya que esto podría dar un valor más

confiable de dichos coeficientes, y también seguir lo indicado en proyectos

dedicados explícitamente al estudio de los coeficientes de rodadura y arrastre

como el de (García A. F., 2014).

30

Referencias

Gallego, J. F. (2014). Desarrollo de pruebas de carretera para caracterizar la

pérdida de potencia en motores de combustión interna de vehículos de

calle, debida al cambio en presión atmosférica. Universidad de Los Andes,

Bogotá D.C.

García, A. F. (2014). Comparación de metodos de análisis para la medición

experimental del coeficiente de arrastre y rodadura. Universidad de Los

Andes, Bogotá D.C.

García, L. A. (2011). Evaluación del desempeño mecánico y la eficiencia

energética de un vehículo todo terreno. Universidad de Los Andes, Bogotá

D.C:.

García, L. A. (2013). Efecto de la altura en el desempeño de un vehículo a

gasolina. Universidad de Los Andes, Bogotá D.C.

Matallana, L. G. (2009). Desarrollo de la instrumentación para pruebas de

desempeño mecánico en un vehículo automotor. Universidad de Los

Andes, Bogotá D.C.

Nakajima, K., Shinoda, K., & Onoda, K. (1969). Experiments on Effects of

Atmospheric Conditions on the Performance of an Automotive Gasoline

Engine. 745-766.

Sato, S., Yamamoto, T., Ogawa, Y., & Fukuro, N. (2009). Research on

Measurement Method of Road Gradient and Altitude by On-Road Driving.

SAE Int J. Fuels Lubr., 531-540.

Soares, S., & Sodré, J. R. (2002). Effects of atmospheric temperature and

pressure on the performance of a vehicle. Proceedings of the Institution of

Mechanical Engineers, 473-477.

Society of Automotive Engineering. (1996). Road Load Measurement and

dynamometer Simulation Using coastdown Techniques SAE J1263 V001.

Society of Automotive Engineering. (2006). Fuel Economy Measurement Road

Test Procedure SAE J1082 V003.

Society of Automotive Engineering. (2006). Vehicle acceleration measurement

SAE J1491 V003.

Steffens, G. (2014). Desempeño mecánico de un vehículo de combustión interna

s.i. mediante pruebas dinamométricas de potencia neta en la ciudad de

Bogotá (2600 m.s.n.m.). Universidad de Los Andes, Bogotá D.C.

31

Anexos

A1. Protocolos de prueba y listas de verificación para las pruebas

de carretera

A1.1. Prueba de aceleración 0-80 km/h

A1.1.1. Protocolo de medición de aceleración del vehículo en carretera

1. Alcance

Este protocolo de prueba busca proveer una medición repetible de la

respuesta de la aceleración para un vehículo con acelerador a fondo, con el

fin de observar las características más importantes de esta prueba de

desempeño mecánico

1.1. Objetivo

En esta práctica, se pretende desarrollar una prueba estandarizada a

partir de una norma internacional certificada que contenga la medición en

la respuesta del desempeño en la aceleración carro de pasajeros y

camiones de carga liviana.

2. Referencias

2.1. Publicaciones SAE

SAE J1491 07/06 Vehicle Acceleration Measurement

3. Instrumentación

Toda la instrumentación deberá estar calibrada. Tanto la precisión como la

resolución del instrumento son valores mínimos con los cuales debe contar

cada equipo.

3.1. Velocidad

Especificaciones para la medición de la velocidad del vehículo en función

del tiempo transcurrido.

a. Tiempo

1. Precisión ± 0.1 s

2. Resolución 0.1 s

b. Velocidad del vehículo

1. Precisión ± 0.8 km/h (±0.50 mph)

2. Resolución 0.4 km/h (0.25 mph)

32

3.2. Distancia

1. Precisión ± 5 mm

2. Resolución 12.5 mm

3.3. Temperatura

Los dispositivos de medición de temperatura ambiente deben tener una

resolución de 1 ºC (2 ºF)

El valor de temperatura se registra antes del inicio de cada prueba. Esto

con el fin de observar su efecto en el comportamiento del vehículo durante

la prueba

3.4. Presión atmosférica

Un barómetro con una precisión de ± 0.7 kPa (± 0.2 in Hg)

El valor de presión atmosférica se registra antes del inicio de cada prueba.

Esto con el fin de observar su efecto en el comportamiento del vehículo

durante la prueba

3.5. Viento

La velocidad del viento y la dirección de este durante la prueba deberán

ser monitoreadas continuamente. Las mediciones del viento deberán

permitir la determinación del promedio longitudinal y las componentes de

viento cruzado en ± 2 km/h (± 1 mph).

3.6. Peso del vehículo

El vehículo deberá ser medido para una precisión de ± 5 kg (± 10 lb) por

eje.

3.7. Presión de las llantas

Deberá ser medida para una precisión de ± 7 kPa (± 1 psi)

4. Material de prueba

4.1. Vehículo de prueba

El vehículo de prueba a utilizar, por lo general es un vehículo fabricado

en una producción estándar; accesorios que no son estándar del vehículo

tales como: parrillas, espejos opcionales, luces anti niebla, spoilers, eje

trasero opcional, etc. La masa del vehículo se calculará para propósitos

de la prueba y se grabará.

En vehículos de transmisión automática esta se debe encontrar en modo

“sport” o “power”.

33

5. Condiciones de prueba

5.1. Condiciones ambientales

Según lo especificado en la referencia 2.1, las pruebas se deben llevar a

cabo en lo posible en las siguientes condiciones estándar:

Condición

estándar

Corrección

sugerida dentro del

rango

Rango de

prueba

Temperatura

ambiente

20 ºC

(68 ºF)

15 – 25 ºC

(59-77 ºF)

-1.0 y 32 ºC

(30 y 90 ºF)

Presión

barométrica

(absoluta)

98.21 kPa

(29.0 in Hg)

98-100 kPa 65-105 kPa

Humedad relativa 50% 40 – 60 % <95%

5.2. Condiciones climatológicas adversas

Las pruebas no se pueden realizar durante condiciones de lluvia, neblina

y nieve.

5.3. Velocidad del viento

Las pruebas no se podrán realizar cuando las velocidades de viento

promedio sean mayores a 25 km/h, como también la velocidad pico no

debe superar los 32 km/h.

5.4. Características del tramo de prueba

La carretera o tramo de prueba debe estar seca, limpia, pavimentada y

no debe exceder 2% el grado de pendiente (cabe mencionar que este

parámetro puede afectar en gran manera los resultados de la prueba, por

lo que entre menor sea la pendiente mejor). Adicionalmente, la carretera

debe tener pendiente constante y debe ser recta. Para esta prueba, la

longitud del tramo de prueba debe tener al menos 1 km de longitud (en

lo posible es mejor demarcarlo).

5.5. Limitación de velocidad

El vehículo de prueba no debe superar la velocidad máxima permitida en

carretera, como tampoco interferir en el flujo de tráfico u operar de alguna

forma que pueda ser peligrosa. En el caso colombiano, la velocidad

máxima en carretera nacional es de 80 km/h.

34

6. Preparación del vehículo

6.1. Rodaje del vehículo

El vehículo debe tener al menos 1609 km (1000 millas) de operación o el

kilometraje necesario para asegurar que el desempeño del vehículo está

estabilizado como lo determina el fabricante. Las llantas deben tener al

menos 75% del labrado y este se debe encontrar en plenas condiciones.

Todas las llantas deben tener al menos 161 km (100 millas) de recorrido

antes de la prueba.

6.2. Lista de verificación del vehículo

El vehículo se debe encontrar en perfectas condiciones, para esto es

necesario tener una lista de verificación de las partes importantes del

vehículo, especialmente si el vehículo tiene problemas en el desempeño

en la aceleración.

6.3. Instrumentación

El dispositivo de medición de velocidad y tiempo y otro equipo necesario

de prueba deberá ser instalado, de tal manera que no interfiera o altere

las características de operación del vehículo.

6.4. Medidas de seguridad para el piloto y equipo de pruebas

Adicional a las características del tramo de prueba, el vehículo debe

encontrarse en perfecto estado mecánico principalmente el sistema de

frenos y el sistema de dirección, como también debe contar con cinturones

de seguridad y airbags preferiblemente y para mayor seguridad. Por otra

parte, debe contar con el equipo de carretera completo acorde a la ley

1344 de 1970 en donde sobre salen: Botiquín, extintor, señales en forma

de triángulo, entre otros.

6.5. Peso de prueba

El vehículo se debe pesar sin carga con el tanque de combustible con un

nivel mayor al 85% y los lubricantes en buen nivel y se le debe sumar 150

kg como margen para compensar el peso del piloto e instrumentación, el

material de lastre debe ser conocido por ejemplo: gravilla.

Adicionalmente, se debe conocer el peso de toda la instrumentación

requerida y del conductor del vehículo. Este lastre se utiliza con el fin de

estandarizar el peso del vehículo.

6.6. Presión de las llantas

La presión de las llantas en frío deberá ser tal como lo recomienda el

fabricante, dentro del rango sugerido.

35

6.7. Calentamiento del vehículo

El vehículo deberá ser conducido un mínimo de 30 min en una velocidad

promedio de 60 km/h ± 10 km/h anterior a la prueba. El tiempo entre el

final del calentamiento y el comienzo de la prueba no debe exceder 5

min.

7. Procedimiento de prueba

7.1. Prueba de aceleración 0 a 80 km/h

En esta prueba se desea medir el tiempo y la distancia que le toma al

vehículo desde el estado de reposo lograr una velocidad de 80 km/h con

acelerador a fondo. A continuación se describe paso a paso como se

deben realizar las pruebas:

7.1.1. Comentarios previos a la prueba

Para efectos de repetitividad en pruebas próximas, se

establece que el tanque de combustible se debe encontrar

totalmente lleno (como mínimo ¾ de tanque según el

medidor de combustible).

Las puertas, ventanas, capó y baúl del vehículo se deben

encontrar cerrados.

Objetos que no sean del vehículo en su estado original tales

como exploradoras, spoilers, entre otros, deben ser quitados

para que no intervengan en la aerodinámica de la prueba.

Cada par de pruebas se realiza en direcciones opuestas con

el fin de minimizar el efecto del arrastre del viento en la

prueba.

Si se presentan anomalías en alguna dirección, se debe

repetir esta prueba en ambas direcciones, e ignorar los

datos tomados previamente.

Verificar que se cuenta con la instrumentación requerida

según las especificaciones del numeral 3 del presente

protocolo, junto con los cables y conexiones necesarias.

Instalar los equipos de acuerdo a lo explícito en cada uno de

los manuales del equipo correspondiente.

Tener claridad acerca de las revoluciones a las cuales se

deben realizar los cambios en la transmisión manual. Para

esto, revisar el manual de fabricación del vehículo o alguna

fuente confiable que precise las revoluciones adecuadas a

las cuales se deben realizar los cambios. Por lo general,

para vehículos con tacómetro se recomienda que los

cambios se realicen en la región de revoluciones, tal que no

se ingrese a la zona roja del tacómetro (Para este protocolo

las revoluciones seleccionadas para realizar el cambio son

de 4000 rpm).

36

Antes del inicio de cada prueba, registrar los datos de

temperatura, presión absoluta y humedad relativa, para

luego analizar su efecto en el desempeño del vehículo

durante la prueba.

La prueba se debe llevar a cabo de tal manera que no

interfiera con el tráfico vehicular del tramo de prueba o que

llegue a ocasionar algún accidente, para esto es necesario

conocer las horas de alto tráfico vehicular del tramo para no

realizar las pruebas en estas horas.

El vehículo durante el instante de la prueba debe conservar

su carril y no hacer cambio de este, no debe haber

movimiento en el sistema de dirección ya que la pista debe

ser recta.

Importante: Recordar y tener claras las condiciones de

prueba (Ver sección 5). No olvidar que la pista debe estar

totalmente seca, esto con el fin de no girar la dirección para

esquivar algún charco o elemento que afecte la realización

de la prueba.

7.1.2. Verificación a la instrumentación

Verificar que las conexiones de instrumentación se hayan

realizado de manera adecuada.

Verificar el funcionamiento de cada instrumento haciendo una

lectura de los datos que está tomando.

Verificar los parámetros tales como constantes y multiplicadores

que están configurados en el equipo y que se necesitarán para

configurar el sistema de adquisición de datos.

Registrar las constantes del ítem anterior.

7.1.3. Reconocimiento de la pista (Prueba preliminar)

Ubicarse en un extremo de la pista o tramo de pruebas.

Empezar a registrar datos.

Recorrer la pista en su totalidad, preferiblemente a velocidad

constante (menor a 80 km/h).

Al llegar al otro extremo, de un giro de 180º y recorra la pista

o tramo en sentido contrario.

Detener el registro de datos.

7.1.4. Ejecución de pruebas: Aceleración 0 a 80 km/h

1) Ubicarse en el extremo de la pista.

2) Registrar las condiciones ambientales (presión atmosférica,

temperatura y humedad relativa).

37

3) El tiempo cero se define como 1 ft (0.3048 m) después de la

puesta en marcha del vehículo. En este momento se inicia el

registro de datos.

4) Presionar el acelerador a fondo hasta que el vehículo alcance

una velocidad superior a la velocidad máxima que se pretende

medir en la prueba (80 km/h). Después de llegar a una

velocidad de 85 km/h, desacelere. En este punto luego de

configurar el software se detiene la toma de datos.

5) Ubicarse en el extremo opuesto de la pista y realizar la prueba

en dirección opuesta, repitiendo los pasos anteriores

6) Realizar nuevamente el procedimiento del paso 1 al paso 6

hasta alcanzar un mínimo de 5 pares de datos, con el fin de

desechar 2 pares en el caso de que sus resultados hayan sido

incoherentes, cabe aclarar que según la referencia 2.1 al

menos se debe contar con 3 pares de pruebas.

7) Verificar que los datos registrados se encuentren en el mínimo

de precisión estadística encontrada en la norma SAE J1491

(En este protocolo, ver sección 8.2).

8. Verificación de datos obtenidos

8.1. Presentación de datos

8.1.1. Vehículo y descripción de la prueba

En la lista de verificación y secuencia – Prueba de aceleración, se

debe incluir en lo posible la descripción de los siguientes sistemas:

Vehículo (incluyendo fabricante, modelo, año, kilometraje, número de

chasis (VIN), peso, equipo opcional) motor, transmisión, llantas y

presión de las llantas, frenos, y tipo de combustible.

8.1.2. Gráficas

Se deben presentar gráficas continuas de lo siguiente: Velocidad vs

tiempo, tiempo vs distancia, u otra(s) que se considere(n)

apropiada(s).

8.2. Aceptabilidad de los datos obtenidos

8.2.1. Variabilidad de datos

Según lo sugerido en la referencia 2.1 se presenta un criterio para la

aceptabilidad de datos obtenidos debido a los efectos impredecibles

del viento en el desempeño del vehículo.

El coeficiente de variación (Desviación estándar de los pares de

pruebas)/media de las pruebas individuales no deberá ser más

grande que el 3%.

38

El cálculo de la media se presenta en la ecuación 1

�̅� =∑ 𝑥𝑖

𝑛𝑖

𝑛 (1)

La desviación estándar se presenta en la ecuación 2

𝑆. 𝐷.= √∑ (�̅�𝑛

𝑖 −𝑥𝑖)2

𝑛 − 1 (2)

8.2.2. Corrección de condiciones climáticas

En la lista de verificación y secuencia – Prueba de aceleración se

deben incluir las siguientes variables: Temperatura, humedad,

presión barométrica, velocidad y dirección del viento. Las

correcciones no son necesarias para temperatura, presión y

humedad si se encuentran dentro de las tolerancias especificadas

en la sección 5.1.

8.2.3. Otros factores que afectan los resultados

Entre otras variables que pueden llegar a afectar los resultados se

encuentran las siguientes:

Efectos de condiciones ambientales sobre la presión y

temperatura de las llantas.

Coeficiente estático y dinámico del tramo de prueba.

Instrumentación no calibrada.

Diferentes conductores

Temperatura del tramo de prueba.

39

A1.1.2. Lista de verificación y secuencia – Prueba de aceleración

1. Instrumentación a utilizar

Instrumento Referencia

Gps de alta resolución VBOX III 100 Hz GPS Logger

Flujómetro de desplazamiento positivo

Corrsys – Datron DFL-3x-5bar

Sensor óptico de velocidad Corrsys Datron Correvit L-350 Aqua

Termo – anemómetro Extech 45158

Barómetro Control Company 4198

Batería Bosch S3 N200 HD 1800

Computador Dell 032571

Adquisición de datos Tarjeta de adquisición BNC National Instruments

Termómetro óptico Fluke 62

Multímetro Fluke 117 True RMS

2. Datos del vehículo de prueba

Vehículo o Marca: _______________________ o Modelo: ______________________ o Año: _________________________ o Kilometraje: ___________________ o Número de chasis: _____________ o Peso: ________________________ o Equipo opcional: ________________

______________________________

Motor: _____________________________

Transmisión: ________________________

Llantas (ref.):________________________

Presión de las llantas:_________________

Frenos: ____________________________

Tipo de combustible:__________________

3. Verificación estado mecánico del vehículo

4. Calentamiento del vehículo

5. Ejecución de pruebas

6. Datos obtenidos a partir de cada prueba

En la siguiente tabla, se colocarán los datos obtenidos en la prueba, como de las características ambientales que influyen en el desarrollo de las mismas, para el coeficiente de variabilidad se trabajará con los valores obtenidos del tiempo.

40

Par de

prueba

Prueba T

(ºC)

P

(kPa)

HR

(%)

t

(s)

Distancia

(m)

V

viento

(km/h)

t par

prom

(s)

S.D.

par

S.D./ �̅�

1 1

2

2 3

4

3 5

6

4 7

8

5 9

10

�̅�

41

A1.2. Prueba de desaceleración natural (60, 50, 40 km/h)

A1.2.1. Protocolo para pruebas de desaceleración natural del vehículo

en carretera

1. Alcance

Este protocolo cubre la medición de las cargas aerodinámicas en

carretera de un vehículo, nivel de carretera en velocidades menores a 113

km/h (70 mph).

a. Objetivo

Se busca mediante procedimientos de prueba la medición de las

cargas aerodinámicas en carretera en un vehículo como función de

la velocidad del vehículo, de tal manera que estas mediciones

puedan ser repetibles.

2. Referencias

a. Publicaciones SAE

SAE J1263 02/96 Road Load Measurement and Dynamometer

Simulation Using Coastdown Techniques

3. Definiciones

a. Peso de prueba

El vehículo se debe pesar sin carga con el tanque de combustible

con un nivel mayor al 85% y los lubricantes en buen nivel y se le

debe sumar 150 kg como margen para compensar el peso del

piloto e instrumentación, el material de lastre debe ser conocido por

ejemplo: gravilla. Adicionalmente, se debe conocer el peso de toda

la instrumentación requerida y del conductor del vehículo. Este

lastre se utiliza con el fin de estandarizar el peso del vehículo.

b. Masa de prueba

Es la masa del vehículo como si fuese a ser probado; incluye

conductor, operador (si es necesario), y toda la instrumentación. El

tanque de combustible debe estar preferiblemente lleno (como

mínimo ¾ de tanque según el medidor de combustible).

c. Masa efectiva

Es igual a la suma de la masa de prueba y las inercias efectivas

del eje impulsado y el no impulsado.

d. Área frontal

Es el área de la proyección ortogonal del vehículo incluyendo

llantas y componentes de la suspensión sobre un plano

perpendicular al eje longitudinal del vehículo.

42

4. Medición de las cargas de carretera del vehículo

a. Instrumentación

Toda la instrumentación deberá ser calibrada. Tanto la precisión

como la resolución del instrumento son valores mínimos con los

cuales debe contar cada equipo.

b. Tiempo y velocidad

Un instrumento para medir la velocidad del vehículo como una

función del tiempo transcurrido es usado en este procedimiento, El

mecanismo deberá tener las siguientes especificaciones:

a. Tiempo:

1. Precisión ± 0.1% del intervalo del tiempo de prueba.

2. Resolución 0.1 s

b. Velocidad:

1. Precisión ± 0.4 km/h (± 0.25 mph)

2. Resolución ± 0.2 km/h (0.1 mph)

c. Temperatura

El dispositivo indicador de temperatura deberá tener una resolución

de 1 ºC o 2 ºF y una precisión de ± 1 ºC o ± 2 ºF. El sensor deberá

estar protegido de fuentes de radiación de calor. El valor de

temperatura se registra antes del inicio de cada prueba. Esto con

el fin de observar su efecto en el comportamiento del vehículo

durante la prueba

d. Presión atmosférica

Un barómetro con una precisión de ± 0.7 kPa o ± 0.2 in Hg es

necesario. El valor de presión atmosférica se registra antes del

inicio de cada prueba. Esto con el fin de observar su efecto en el

comportamiento del vehículo durante la prueba

e. Viento

La velocidad del viento y la dirección durante la prueba deberá ser

monitoreada continuamente. Las mediciones de viento deberán

permitir la determinación del promedio longitudinal y las

componentes de viento cruzado dentro de ± 1.6 km/h (± 1 mph).

43

f. Peso del vehículo

El peso del vehículo deberá ser medido para una precisión de ± 5

kg (± 10 lb) por eje.

g. Presión de las llantas

Deberá ser medida para una precisión de ± 3 kPa (± 0.5 psi).

5. Material de prueba

a. Vehículo de prueba

El vehículo estará completamente definido en la Lista de

verificación y secuencia – Prueba de desaceleración natural. (El

vehículo de prueba normalmente es fabricado en una producción

estándar).

6. Condiciones de prueba

a. Temperatura ambiente

Las pruebas deberán ser conducidas en temperaturas ambiente

entre -1 ºC (30 ºF) y 32 ºC (90 ºF). El rango de temperatura

recomendado es desde 5ºC (41 ºF) y 32 ºC (90 ºF).

b. Neblina

Las pruebas no pueden ser realizadas durante condiciones de

neblina.

c. Vientos

Las pruebas no podrán ser conducidas cuando la velocidad del

viento promedio sea mayor a 16 km/h (10 mph) (o cuando las

velocidades pico del viento sean mayores a 20 km/h [12.3 mph]).

El promedio de la componente de la velocidad de viento

perpendicular a la carretera de prueba no puede exceder los 8 km/h

(5 mph).

d. Características del tramo de prueba

La carretera o tramo de prueba debe estar seca, limpia,

pavimentada y no debe exceder 2 % el grado de pendiente (cabe

mencionar que este parámetro puede afectar en gran manera los

resultados de la prueba, por lo que entre menor sea la pendiente

mejor). Adicionalmente, la carretera debe tener pendiente

constante y debe ser recta. Para esta prueba, la longitud del tramo

de prueba debe tener al menos 1 km de longitud (En lo posible, es

preferible demarcar el tramo de prueba). Esta longitud depende de

las velocidades de desaceleración que se deseen estudiar. Para el

cálculo de la longitud del tramo de prueba ver sección 10.

44

e. Medidas de seguridad para el piloto y equipo de pruebas

Adicional a las características del tramo de prueba, el vehículo

debe encontrarse en perfecto estado mecánico principalmente el

sistema de frenos y el sistema de dirección, como también debe

contar con cinturones de seguridad y airbags preferiblemente y

para mayor seguridad. Por otra parte, debe contar con el equipo de

carretera completo acorde a la ley 1344 de 1970 en donde sobre

salen: Botiquín, extintor, señales en forma de triángulo, entre otros.

f. Velocidad para desaceleración

La velocidad de desaceleración va a ser de 65 km/h, el vehículo se

lleva hasta 70 km/h, en esta velocidad el cambio se ubica en neutro

y se deja desacelerar naturalmente hasta que alcance una

velocidad aproximada de 50 km/h.

7. Preparación del vehículo

a. Rodaje del vehículo

El vehículo debe tener al menos 500 km (300 millas) de operación

o el kilometraje necesario para asegurar que el desempeño del

vehículo está estabilizado como lo determina el fabricante. Las

llantas deben tener al menos 75% del labrado y este se debe

encontrar en plenas condiciones. Todas las llantas deben tener al

menos 160 km (100 millas) de recorrido antes de la prueba.

b. Verificación del vehículo

El vehículo se debe encontrar en perfectas condiciones, para esto

es necesario tener una lista de verificación de las partes

importantes del vehículo, especialmente si el vehículo tiene

problemas en su desempeño mecánico.

c. Instrumentación

El dispositivo de medición de velocidad y tiempo, junto con otro

equipo necesario deberá ser instalado de tal manera que no afecte

la operación del vehículo.

d. Presión de las llantas

La presión de las llantas en frío deberá ser tal como lo recomienda

el fabricante, dentro del rango sugerido.

e. Área frontal del vehículo

El área frontal del vehículo deberá ser conocida, medida o

estimada y el valor deberá ser consignado en la Lista de

verificación y secuencia – Prueba de desaceleración natural. El

área frontal se estima mediante la siguiente ecuación:

45

A=0.8*(H101)*(W103) (1)

Donde H101 es la altura del vehículo (Distancia vertical entre el

suelo y el punto más alto del vehículo incluyendo accesorios,

incluso la porción no flexible de la antena), y W103 es el ancho del

vehículo (ancho máximo del vehículo entre dos puntos incluyendo

accesorios y excluyendo espejos).

Esto con el fin de solucionar las ecuaciones de fuerza debido a

cargas en carretera, que están estrechamente relacionadas con la

desaceleración natural, como también para el cálculo de la

corrección de los efectos del viento que afectan la resistencia a la

rodadura.

f. Calentamiento del vehículo

El vehículo deberá ser conducido un mínimo de 30 min en una

velocidad promedio de 60 km/h ± 10 km/h anterior a la prueba. El

tiempo entre el final del calentamiento y el comienzo de la prueba

no debe exceder 5 min.

8. Procedimiento de prueba

a. Prueba de desaceleración natural

En esta prueba se desea medir el tiempo y la distancia que le toma

al vehículo desde una velocidad constante de 65 km/h desacelerar

naturalmente hasta lograr una velocidad aproximada de 50 km/h

con el fin de observar el efecto que tienen las cargas aerodinámicas

en el vehículo. A continuación se describe paso a paso como se

deben realizar las pruebas:

i. Comentarios previos a la prueba

Para efectos de repetitividad en pruebas próximas, se

establece que el tanque de combustible se debe

encontrar totalmente lleno (como mínimo ¾ de tanque

según el medidor de combustible).

Las puertas, ventanas, capó y baúl del vehículo se deben

encontrar cerrados.

Objetos que no sean del vehículo en su estado original

tales como exploradoras, spoilers, entre otros, deben ser

quitados para que no intervengan en la aerodinámica de

la prueba.

Cada par de pruebas se realiza en direcciones opuestas

con el fin de minimizar el efecto del arrastre del viento en

la prueba.

Si se presentan anomalías en alguna dirección, se debe

repetir esta prueba en ambas direcciones, e ignorar los

datos tomados previamente.

46

Verificar que se cuenta con la instrumentación requerida

según las especificaciones del numeral 4 del presente

protocolo, junto con los cables y conexiones necesarias.

Instalar los equipos de acuerdo a lo explícito en cada uno

de los manuales del equipo correspondiente.

Tener claridad acerca de las revoluciones a las cuales se

deben realizar los cambios en la transmisión manual.

Para esto, revisar el manual de fabricación del vehículo

o alguna fuente confiable que precise las revoluciones

adecuadas a las cuales se deben realizar los cambios.

Por lo general, para vehículos con tacómetro se

recomienda que los cambios se realicen en la región de

revoluciones, tal que no se ingrese a la zona roja del

tacómetro (Para este protocolo las revoluciones

seleccionadas para realizar el cambio son de 4000 rpm).

Antes del inicio de cada prueba, registrar los datos de

temperatura, presión absoluta y humedad relativa, para

luego analizar su efecto en el desempeño del vehículo

durante la prueba.

La prueba se debe llevar a cabo de tal manera que no

interfiera con el tráfico vehicular del tramo de prueba o

que llegue a ocasionar algún accidente, para esto es

necesario conocer las horas de alto tráfico vehicular del

tramo para no realizar las pruebas en estas horas.

El vehículo durante el instante de la prueba debe

conservar su carril y no hacer cambio de este, no debe

haber movimiento en el sistema de dirección ya que la

pista debe ser recta.

Importante: Recordar y tener claras las condiciones de

prueba (Ver sección 6). No olvidar que la pista debe estar

totalmente seca, esto con el fin de no girar la dirección

para esquivar algún charco o elemento que afecte la

realización de la prueba.

ii. Verificación a la instrumentación

Verificar que las conexiones de instrumentación se

hayan realizado de manera adecuada.

Verificar el funcionamiento de cada instrumento

haciendo una lectura de los datos que está tomando.

Verificar los parámetros tales como constantes y

multiplicadores que están configurados en el equipo y

que se necesitarán para configurar el sistema de

adquisición de datos.

Registrar las constantes del ítem anterior.

47

iii. Reconocimiento de la pista (Prueba preliminar)

Ubicarse en un extremo de la pista o tramo de pruebas.

Empezar a registrar datos.

Recorrer la pista en su totalidad, preferiblemente a

velocidad constante (menor a 80 km/h).

Al llegar al otro extremo, de un giro de 180º y recorra la

pista o tramo en sentido contrario.

Detener el registro de datos.

iv. Ejecución de pruebas: Desaceleración natural

1) Ubicarse en el extremo de la pista.

2) Registrar las condiciones ambientales (presión atmosférica,

temperatura y humedad relativa).

3) Acelerar el vehículo hasta alcanzar una velocidad de 70

km/h. En este punto iniciar el registro de datos al asegurarse

que la velocidad se mantiene constante.

4) Ubicar el vehículo en neutro y dejarlo desacelerar

naturalmente hasta que alcance una velocidad de 50 km/h,

después accione la trasmisión para acomodar el vehículo.

En lo posible, mantener recto el vehículo. Detener el registro

de los datos a una velocidad correspondiente a 50 km/h.

5) Ubicarse en el extremo opuesto de la pista y realizar la

prueba en dirección opuesta repitiendo los pasos 2 a 4.

6) Realizar nuevamente el procedimiento del paso 1 al paso 5

hasta alcanzar un mínimo de 5 pares de datos, con el fin de

desechar 2 pares en el caso de que sus resultados hayan

sido incoherentes.

7) Verificar que los datos sean acordes a los criterios de

aceptabilidad de datos (ver sección 9.2 – 9.3).

9. Verificación de datos obtenidos

a. Presentación de datos

i. Vehículo y descripción de la prueba

En la lista de verificación y secuencia – Prueba de aceleración,

se debe incluir en lo posible la descripción de los siguientes

sistemas: Vehículo (incluyendo fabricante, modelo, año,

kilometraje, número de chasis (VIN), peso, equipo opcional)

motor, transmisión, llantas y presión de las llantas, frenos, y tipo

de combustible. Adicionalmente se debe anotar la masa de los

ejes, la masa total del vehículo de prueba junto con la

instrumentación y el conductor, como también el ancho, alto y

largo del vehículo.

48

ii. Gráficas

Se deben presentar gráficas continuas de lo siguiente:

Velocidad vs tiempo, tiempo vs distancia, u otra(s) que se

considere(n) apropiada(s).

b. Solución a la ecuación de carga del vehículo

La ecuación que relaciona las cargas en el vehículo con la

desaceleración natural asumiendo pendiente y velocidad del viento

despreciables se denota por la siguiente ecuación:

𝑀𝑣

𝑑𝑣

𝑑𝑡= −𝑓𝑟𝑀𝑔 −

1

2𝜌𝐶𝐷𝐴𝑣2 (𝟐)

La solución a la ecuación para estimar los parámetros asociados

a las cargas de resistencia (coeficientes de arrastre y de rodadura),

se calculan a partir de un sistema de ecuaciones lineales que tiene

la siguiente forma:

𝐴�⃗� = �⃗⃗� (𝟑)

Donde

𝐴 =

[ −𝑀𝑔 −

1

2𝜌𝐴𝑣1

2

⋮ ⋮

−𝑀𝑔 −1

2𝜌𝐴𝑣𝑛

2]

; �⃗� = [𝑓𝑟𝐶𝑑

] ; �⃗⃗� = [−𝑀𝑎1

⋮−𝑀𝑎𝑛

] (𝟒)

De la ecuación 3 se quiere calcular �⃗� por propiedades del algebra

lineal se obtiene que:

�⃗� = (𝐴𝑇 ∙ 𝐴)−1(𝐴𝑇 ∙ �⃗⃗�) (𝟓)

Partiendo que:

𝑎𝑛 =𝑑𝑣

𝑑𝑡 (𝟔)

De esta manera, se calcula la aceleración a partir de la señal de

velocidad filtrada. Con esta aceleración, se procede a reemplazar

en �⃗⃗� en la ecuación 4, y según la ecuación 5, se obtiene los valores

para 𝐶𝑑 y 𝑓𝑟. Por último se obtienen los tiempos parciales los cuales

se usan como indicadores para comparar los resultados de todas

las pruebas.

c. Factores que afectan los resultados

Entre los factores que pueden obligar a que se repita en ambas

direcciones la prueba de desaceleración natural se encuentra que

la velocidad del viento no sea uniforme, que hayan ráfagas y estas

superen las velocidades máximas permitidas, como también

errores del conductor y que la velocidad antes del inicio de la

desaceleración no sea constante. Para esto es necesario realizar

la repetición de la prueba. Según la referencia 2.1 el número

mínimo de pruebas para desaceleración natural son de 3 pares.

49

10. Cálculo para la obtención de la longitud del tramo de prueba

Para observar con más detalle la forma de calcular la longitud del tramo

de prueba dirigirse a A. García. Sin embargo, aquí se proporcionará una

manera muy simplificada para calcular dicha longitud.

Inicialmente, se parte del diagrama de cuerpo libre de un vehículo en

contacto con el suelo. La ecuación (2) contempla el modelo simplificado

para el cálculo de la pendiente luego de despreciar la pendiente y la fuerza

de tracción en el vehículo.

𝑀𝑣

𝑑𝑣

𝑑𝑡= −𝑓𝑟𝑀𝑔 −

1

2𝜌𝐶𝐷𝐴𝑣2 (𝟐)

Reescribiendo la ecuación (2) en términos de la posición:

𝑀𝑣

𝑑2𝑥

𝑑𝑡2= −𝑓𝑟𝑀𝑔 −

1

2𝜌𝐶𝐷𝐴 (

𝑑𝑥

𝑑𝑡)

2

(𝟐. 𝟏)

Para integrar la posición x de la ecuación 2.1 se debe realizar mediante

métodos de integración numérica. En este caso se siguió el método de

Euler, en la cual se introducen aparte de los parámetros que solicita la

ecuación (2.1), la velocidad inicial de desaceleración. Con esta se

encuentra la aceleración y luego de un intervalo de tiempo la distancia, el

siguiente paso es la velocidad y la distancia en el intervalo de tiempo

anterior por el paso de tiempo seleccionado, y así sucesivamente hasta

llegar a la velocidad a la cual se vuelve a poner en marcha el vehículo, de

esta manera se llega a la distancia del tramo de prueba en el momento de

la desaceleración.

50

A1.2.2. Lista de verificación y secuencia – Prueba de desaceleración

natural

1. Instrumentación a utilizar

Instrumento Referencia

Gps de alta resolución VBOX III 100 Hz GPS Logger

Flujómetro de desplazamiento positivo

Corrsys – Datron DFL-3x-5bar

Sensor óptico de velocidad Corrsys Datron Correvit L-350 Aqua

Termo – anemómetro Extech 45158

Barómetro Control Company 4198

Batería Bosch S3 N200 HD 1800

Computador Dell 032571

Adquisición de datos Tarjeta de adquisición BNC National Instruments

Termómetro óptico Fluke 62

Multímetro Fluke 117 True RMS

2. Datos del vehículo de prueba

Vehículo o Marca: _______________________ o Modelo: ______________________ o Año: _________________________ o Kilometraje: ___________________ o Número de chasis: _____________ o Equipo opcional: ________________ o Masa total: _____________________ o Masa eje delantero: ______________ o Masa eje trasero: ________________ o Largo: _________________________ o Alto: __________________________ o Ancho: ________________________ o Área: _________________________

Motor: _____________________________

Transmisión: ________________________

Llantas (ref.):________________________

Presión de las llantas: _________________

Frenos: ____________________________

Tipo de combustible: __________________

3. Verificación estado mecánico del vehículo

4. Calentamiento del vehículo

5. Ejecución de pruebas

6. Datos obtenidos a partir de cada prueba

51

En la siguiente tabla, se colocarán los datos obtenidos en la prueba, como de las características ambientales que influyen en el desarrollo de las mismas, para el coeficiente de variabilidad se trabajará con los valores obtenidos del tiempo.

Par de

prueba

Prueba T

(ºC)

P

(kPa)

HR

(%)

t

(s)

Distancia

(m)

V

viento

(km/h)

Cd Fr

1 1

2

2 3

4

3 5

6

4 7

8

5 9

10

�̅�

S.D.

52

A1.2.3. Protocolo corregido para pruebas de desaceleración natural del

vehículo en carretera

1. Alcance

Este protocolo cubre la medición de las cargas aerodinámicas en

carretera de un vehículo, a velocidades menores a 113 km/h (70 mph).

a. Objetivo

Se busca mediante procedimientos de prueba la medición de las

cargas aerodinámicas en carretera en un vehículo como función de

la velocidad del vehículo, de tal manera que estas mediciones

puedan ser repetibles.

2. Referencias

a. Publicaciones SAE

SAE J1263 02/96 Road Load Measurement and Dynamometer

Simulation Using Coastdown Techniques

3. Definiciones

a. Peso de prueba

El vehículo se debe pesar sin carga con el tanque de combustible

con un nivel mayor al 85% y los lubricantes en buen nivel y se le

debe sumar 150 kg como margen para compensar el peso del

piloto e instrumentación, el material de lastre debe ser conocido por

ejemplo: gravilla. Adicionalmente, se debe conocer el peso de toda

la instrumentación requerida y del conductor del vehículo. Este

lastre se utiliza con el fin de estandarizar el peso del vehículo.

b. Masa de prueba

Es la masa del vehículo como si fuese a ser probado; incluye

conductor, operador (si es necesario), y toda la instrumentación. El

tanque de combustible debe estar preferiblemente lleno (como

mínimo ¾ de tanque según el medidor de combustible).

c. Masa efectiva

Es igual a la suma de la masa de prueba y las inercias efectivas

del eje impulsado y el no impulsado.

d. Área frontal

Es el área de la proyección ortogonal del vehículo incluyendo

llantas y componentes de la suspensión sobre un plano

perpendicular al eje longitudinal del vehículo.

53

4. Medición de las cargas de carretera del vehículo

a. Instrumentación

Toda la instrumentación deberá ser calibrada. Tanto la precisión

como la resolución del instrumento son valores mínimos con los

cuales debe contar cada equipo.

b. Tiempo y velocidad

Un instrumento para medir la velocidad del vehículo como una

función del tiempo transcurrido es usado en este procedimiento, El

mecanismo deberá tener las siguientes especificaciones:

c. Tiempo:

3. Precisión ± 0.1% del intervalo del tiempo de prueba.

4. Resolución 0.1 s

d. Velocidad:

3. Precisión ± 0.4 km/h (± 0.25 mph)

4. Resolución ± 0.2 km/h (0.1 mph)

c. Temperatura

El dispositivo indicador de temperatura deberá tener una resolución

de 1 ºC o 2 ºF y una precisión de ± 1 ºC o ± 2 ºF. El sensor deberá

estar protegido de fuentes de radiación de calor. El valor de

temperatura se registra antes del inicio de cada prueba. Esto con

el fin de observar su efecto en el comportamiento del vehículo

durante la prueba

d. Presión atmosférica

Un barómetro con una precisión de ± 0.7 kPa o ± 0.2 in Hg es

necesario. El valor de presión atmosférica se registra antes del

inicio de cada prueba. Esto con el fin de observar su efecto en el

comportamiento del vehículo durante la prueba

e. Viento

La velocidad del viento y la dirección durante la prueba deberá ser

monitoreada continuamente. Las mediciones de viento deberán

permitir la determinación del promedio longitudinal y las

componentes de viento cruzado dentro de ± 1.6 km/h (± 1 mph).

f. Peso del vehículo

El peso del vehículo deberá ser medido para una precisión de ± 5

kg (± 10 lb) por eje.

54

g. Presión de las llantas

Deberá ser medida para una precisión de ± 3 kPa (± 0.5 psi).

5. Material de prueba

a. Vehículo de prueba

El vehículo estará completamente definido en la Lista corregida de

verificación y secuencia – Prueba de desaceleración natural. (El

vehículo de prueba normalmente es fabricado en una producción

estándar).

6. Condiciones de prueba

a. Temperatura ambiente

Las pruebas deberán ser conducidas en temperaturas ambiente

entre -1 ºC (30 ºF) y 32 ºC (90 ºF). El rango de temperatura

recomendado es desde 5ºC (41 ºF) y 32 ºC (90 ºF).

b. Neblina

Las pruebas no pueden ser realizadas durante condiciones de

neblina.

c. Vientos

Las pruebas no podrán ser conducidas cuando la velocidad del

viento promedio sea mayor a 16 km/h (10 mph) (o cuando las

velocidades pico del viento sean mayores a 20 km/h [12.3 mph]).

El promedio de la componente de la velocidad de viento

perpendicular a la carretera de prueba no puede exceder los 8 km/h

(5 mph).

d. Características del tramo de prueba

La carretera o tramo de prueba debe estar seca, limpia,

pavimentada y no debe exceder 0.5 % el grado de pendiente (cabe

mencionar que este parámetro puede afectar en gran manera los

resultados de la prueba, por lo que entre menor sea la pendiente

se obtendrán mejores resultados). Adicionalmente, la carretera

debe tener pendiente constante y debe ser recta. Para esta prueba,

la longitud del tramo de prueba debe tener al menos 1 km de

longitud (En lo posible, es preferible demarcar el tramo de prueba).

Esta longitud depende de las velocidades de desaceleración que

se deseen estudiar. Para el cálculo de la longitud del tramo de

prueba ver sección 10.

55

e. Medidas de seguridad para el piloto y equipo de pruebas

Adicional a las características del tramo de prueba, el vehículo

debe encontrarse en perfecto estado mecánico principalmente el

sistema de frenos y el sistema de dirección, como también debe

contar con cinturones de seguridad y airbags preferiblemente y

para mayor seguridad. Por otra parte, debe contar con el equipo de

carretera completo acorde a la ley 1344 de 1970 en donde sobre

salen: Botiquín, extintor, señales en forma de triángulo, entre otros.

f. Velocidad para desaceleración

La velocidad de desaceleración va a ser de 65 km/h, el vehículo se

lleva hasta 70 km/h, en esta velocidad el cambio se ubica en neutro

y se deja desacelerar naturalmente hasta que alcance una

velocidad aproximada de 50 km/h.

7. Preparación del vehículo

a. Rodaje del vehículo

El vehículo debe tener al menos 500 km (300 millas) de operación

o el kilometraje necesario para asegurar que el desempeño del

vehículo está estabilizado como lo determina el fabricante. Las

llantas deben tener al menos 75% del labrado y este se debe

encontrar en plenas condiciones. Todas las llantas deben tener al

menos 160 km (100 millas) de recorrido antes de la prueba.

b. Verificación del vehículo

El vehículo se debe encontrar en perfectas condiciones, para esto

es necesario tener una lista de verificación de las partes

importantes del vehículo, especialmente si el vehículo tiene

problemas en su desempeño mecánico.

c. Instrumentación

El dispositivo de medición de velocidad y tiempo, junto con otro

equipo necesario deberá ser instalado de tal manera que no afecte

la operación del vehículo.

d. Presión de las llantas

La presión de las llantas en frío deberá ser tal como lo recomienda

el fabricante, dentro del rango sugerido.

e. Área frontal del vehículo

El área frontal del vehículo deberá ser conocida, medida o

estimada y el valor deberá ser consignado en la Lista corregida de

verificación y secuencia – Prueba de desaceleración natural. El

área frontal se estima mediante la siguiente ecuación:

56

A=0.8*(H101)*(W103) (1)

Donde H101 es la altura del vehículo (Distancia vertical entre el

suelo y el punto más alto del vehículo incluyendo accesorios,

incluso la porción no flexible de la antena), y W103 es el ancho del

vehículo (ancho máximo del vehículo entre dos puntos incluyendo

accesorios y excluyendo espejos).

Esto con el fin de solucionar las ecuaciones de fuerza debido a

cargas en carretera, que están estrechamente relacionadas con la

desaceleración natural, como también para el cálculo de la

corrección de los efectos del viento que afectan la resistencia a la

rodadura.

f. Calentamiento del vehículo

El vehículo deberá ser conducido un mínimo de 30 min en una

velocidad promedio de 60 km/h ± 10 km/h anterior a la prueba. El

tiempo entre el final del calentamiento y el comienzo de la prueba

no debe exceder 5 min.

8. Procedimiento de prueba

a. Prueba de desaceleración natural

En esta prueba se desea medir el tiempo y la distancia que le toma

al vehículo desde una velocidad constante de 65 km/h desacelerar

naturalmente hasta lograr una velocidad aproximada de 50 km/h

con el fin de observar el efecto que tienen las cargas aerodinámicas

en el vehículo. A continuación se describe paso a paso como se

deben realizar las pruebas:

i. Comentarios previos a la prueba

Para efectos de repetitividad en pruebas próximas, se

establece que el tanque de combustible se debe

encontrar totalmente lleno (como mínimo ¾ de tanque

según el medidor de combustible).

Las puertas, ventanas, capó y baúl del vehículo se deben

encontrar cerrados.

Objetos que no sean del vehículo en su estado original

tales como exploradoras, spoilers, entre otros, deben ser

quitados para que no intervengan en la aerodinámica de

la prueba.

Cada par de pruebas se realiza en direcciones opuestas

con el fin de minimizar el efecto del arrastre del viento en

la prueba.

Si se presentan anomalías en alguna dirección, se debe

repetir esta prueba en ambas direcciones, e ignorar los

datos tomados previamente.

57

Verificar que se cuenta con la instrumentación requerida

según las especificaciones del numeral 4 del presente

protocolo, junto con los cables y conexiones necesarias.

Instalar los equipos de acuerdo a lo explícito en cada uno

de los manuales del equipo correspondiente.

Tener claridad acerca de las revoluciones a las cuales se

deben realizar los cambios en la transmisión manual.

Para esto, revisar el manual de fabricación del vehículo

o alguna fuente confiable que precise las revoluciones

adecuadas a las cuales se deben realizar los cambios.

Por lo general, para vehículos con tacómetro se

recomienda que los cambios se realicen en la región de

revoluciones, tal que no se ingrese a la zona roja del

tacómetro (Para este protocolo las revoluciones

seleccionadas para realizar el cambio son de 4000 rpm).

Antes del inicio de cada prueba, registrar los datos de

temperatura, presión absoluta y humedad relativa, para

luego analizar su efecto en el desempeño del vehículo

durante la prueba.

La prueba se debe llevar a cabo de tal manera que no

interfiera con el tráfico vehicular del tramo de prueba o

que llegue a ocasionar algún accidente, para esto es

necesario conocer las horas de alto tráfico vehicular del

tramo para no realizar las pruebas en estas horas.

El vehículo durante el instante de la prueba debe

conservar su carril y no hacer cambio de este, no debe

haber movimiento en el sistema de dirección ya que la

pista debe ser recta.

Importante: Recordar y tener claras las condiciones de

prueba (Ver sección 6). No olvidar que la pista debe estar

totalmente seca, esto con el fin de no girar la dirección

para esquivar algún obstáculo o elemento que afecte la

realización de la prueba.

ii. Verificación a la instrumentación

Verificar que las conexiones de instrumentación se

hayan realizado de manera adecuada.

Verificar el funcionamiento de cada instrumento

haciendo una lectura de los datos que está tomando.

Verificar los parámetros tales como constantes y

multiplicadores que están configurados en el equipo y

que se necesitarán para configurar el sistema de

adquisición de datos.

Registrar las constantes del ítem anterior.

58

iii. Reconocimiento de la pista (Prueba preliminar)

Ubicarse en un extremo de la pista o tramo de pruebas.

Empezar a registrar datos.

Recorrer la pista en su totalidad, preferiblemente a

velocidad constante (menor a 80 km/h).

Al llegar al otro extremo, de un giro de 180º y recorra la

pista o tramo en sentido contrario.

Detener el registro de datos.

iv. Ejecución de pruebas: Desaceleración natural

8) Ubicarse en el extremo de la pista.

9) Registrar las condiciones ambientales (presión atmosférica,

temperatura y humedad relativa).

10) Acelerar el vehículo hasta alcanzar una velocidad de 70

km/h. En este punto iniciar el registro de datos al asegurarse

que la velocidad se mantiene constante.

11) Ubicar el vehículo en neutro y dejarlo desacelerar

naturalmente hasta que alcance una velocidad de 50 km/h,

después accione la trasmisión para acomodar el vehículo.

En lo posible, mantener recto el vehículo. Detener el registro

de los datos a una velocidad correspondiente a 50 km/h.

12) Ubicarse en el extremo opuesto de la pista y realizar la

prueba en dirección opuesta repitiendo los pasos 2 a 4.

13) Realizar nuevamente el procedimiento del paso 1 al paso 5

hasta alcanzar un mínimo de 5 pares de datos, con el fin de

desechar 2 pares en el caso de que sus resultados hayan

sido incoherentes.

14) Verificar que los datos sean acordes a los criterios de

aceptabilidad de datos (ver sección 9.2 – 9.3).

9. Verificación de datos obtenidos

a. Presentación de datos

i. Vehículo y descripción de la prueba

En la lista corregida de verificación y secuencia – Prueba de

aceleración, se debe incluir en lo posible la descripción de los

siguientes sistemas: Vehículo (incluyendo fabricante, modelo,

año, kilometraje, número de chasis (VIN), peso, equipo

opcional) motor, transmisión, llantas y presión de las llantas,

frenos, y tipo de combustible. Adicionalmente se debe anotar la

masa de los ejes, la masa total del vehículo de prueba junto con

la instrumentación y el conductor, como también el ancho, alto

y largo del vehículo.

59

ii. Gráficas

Se deben presentar gráficas continuas de lo siguiente:

Velocidad vs tiempo, tiempo vs distancia, u otra(s) que se

considere(n) apropiada(s).

b. Solución a la ecuación de carga del vehículo

La ecuación que relaciona las cargas en el vehículo con la

desaceleración natural asumiendo pendiente y velocidad del viento

despreciables se denota por la siguiente ecuación:

𝑀𝑣

𝑑𝑣

𝑑𝑡= −𝑓𝑟𝑀𝑔 −

1

2𝜌𝐶𝐷𝐴𝑣2 (𝟐)

La solución a la ecuación para estimar los parámetros asociados

a las cargas de resistencia (coeficientes de arrastre y de rodadura),

se calculan a partir de un sistema de ecuaciones lineales que tiene

la siguiente forma:

𝐴�⃗� = �⃗⃗� (𝟑)

Donde

𝐴 =

[ −𝑀𝑔 −

1

2𝜌𝐴𝑣1

2

⋮ ⋮

−𝑀𝑔 −1

2𝜌𝐴𝑣𝑛

2]

; �⃗� = [𝑓𝑟𝐶𝑑

] ; �⃗⃗� = [−𝑀𝑎1

⋮−𝑀𝑎𝑛

] (𝟒)

De la ecuación 3 se quiere calcular �⃗� por propiedades del algebra

lineal se obtiene que:

�⃗� = (𝐴𝑇 ∙ 𝐴)−1(𝐴𝑇 ∙ �⃗⃗�) (𝟓)

Partiendo que:

𝑎𝑛 =𝑑𝑣

𝑑𝑡 (𝟔)

De esta manera, se calcula la aceleración a partir de la señal de

velocidad filtrada. Con esta aceleración, se procede a reemplazar

en �⃗⃗� en la ecuación 4, y según la ecuación 5, se obtiene los valores

para 𝐶𝑑 y 𝑓𝑟. Por último se obtienen los tiempos parciales los cuales

se usan como indicadores para comparar los resultados de todas

las pruebas.

c. Factores que afectan los resultados

Entre los factores que pueden obligar a que se repita en ambas

direcciones la prueba de desaceleración natural se encuentra que

la velocidad del viento no sea uniforme, que hayan ráfagas y estas

superen las velocidades máximas permitidas, como también

errores del conductor y que la velocidad antes del inicio de la

desaceleración no sea constante. Para esto es necesario realizar

la repetición de la prueba. Según la referencia 2.1 el número

mínimo de pruebas para desaceleración natural son de 3 pares.

60

10. Cálculo para la obtención de la longitud del tramo de prueba

Para observar con más detalle la forma de calcular la longitud del tramo

de prueba dirigirse a (García A. F., 2014). Sin embargo, aquí se

proporcionará una manera muy simplificada para calcular dicha longitud.

Inicialmente, se parte del diagrama de cuerpo libre de un vehículo en

contacto con el suelo. La ecuación (2) contempla el modelo simplificado

para el cálculo de la pendiente luego de despreciar la pendiente y la fuerza

de tracción en el vehículo.

𝑀𝑣

𝑑𝑣

𝑑𝑡= −𝑓𝑟𝑀𝑔 −

1

2𝜌𝐶𝐷𝐴𝑣2 (𝟐)

Reescribiendo la ecuación (2) en términos de la posición:

𝑀𝑣

𝑑2𝑥

𝑑𝑡2= −𝑓𝑟𝑀𝑔 −

1

2𝜌𝐶𝐷𝐴 (

𝑑𝑥

𝑑𝑡)

2

(𝟐. 𝟏)

Para integrar la posición x de la ecuación 2.1 se debe realizar mediante

métodos de integración numérica. En este caso se siguió el método de

Euler, en la cual se introducen aparte de los parámetros que solicita la

ecuación (2.1), la velocidad inicial de desaceleración. Con esta se

encuentra la aceleración y luego de un intervalo de tiempo la distancia, el

siguiente paso es la velocidad y la distancia en el intervalo de tiempo

anterior por el paso de tiempo seleccionado, y así sucesivamente hasta

llegar a la velocidad a la cual se vuelve a poner en marcha el vehículo, de

esta manera se llega a la distancia del tramo de prueba en el momento de

la desaceleración.

61

A1.2.4. Lista corregida de verificación y secuencia – Prueba de

desaceleración natural

7. Instrumentación a utilizar

Instrumento Referencia

Inclinómetro DXL360S

Gps de alta resolución VBOX III 100 Hz GPS Logger

Flujómetro de desplazamiento positivo

Corrsys – Datron DFL-3x-5bar

Termo – anemómetro Extech 45158

Barómetro Control Company 4198

Batería Bosch S3 N200 HD 1800

Computador Dell 032571

Adquisición de datos Tarjeta de adquisición BNC National Instruments

Termómetro óptico Fluke 62

Multímetro Fluke 117 True RMS

8. Datos del vehículo de prueba

Vehículo o Marca: _______________________ o Modelo: ______________________ o Año: _________________________ o Kilometraje: ___________________ o Número de chasis: _____________ o Equipo opcional: ________________ o Masa total: _____________________ o Masa eje delantero: ______________ o Masa eje trasero: ________________ o Largo: _________________________ o Alto: __________________________ o Ancho: ________________________ o Área: _________________________

Motor: _____________________________

Transmisión: ________________________

Llantas (ref.):________________________

Presión de las llantas: _________________

Frenos: ____________________________

Tipo de combustible: __________________

9. Verificación estado mecánico del vehículo

10. Calentamiento del vehículo

11. Ejecución de pruebas

12. Datos obtenidos a partir de cada prueba

62

En la siguiente tabla, se colocarán los datos obtenidos en la prueba, como de las características ambientales que influyen en el desarrollo de las mismas, para el coeficiente de variabilidad se trabajará con los valores obtenidos del tiempo.

Par de

prueba

Prueba T

(ºC)

P

(kPa)

HR

(%)

t

(s)

Distancia

(m)

V

viento

(km/h)

Cd Fr

1 1

2

2 3

4

3 5

6

4 7

8

5 9

10

�̅�

S.D.

63

A2. Gráficas adicionales

A2.1. Prueba de aceleración

Anexo 1 Aceleración por puntos promedio

A2.2. Prueba de desaceleración natural

Anexo 2 Superposición prueba de desaceleración

A2.3. Prueba de consumo de combustible

A2.3.1. Comparación condiciones estacionaria y transitoria Bogotá

(2600 m.s.n.m.)

Anexo 3 Potencia en condiciones estacionaria y transitoria en Bogotá

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 2 4 6 8 10 12 14

Vel

oci

dad

(km

/h)

Tiempo (s)

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50

Vel

oci

dad

(km

/h)

Tiempo (s)

Prueba 1

Prueba 2

Prueba 3

Prueba 4

Prueba 5

Prueba 6

0

10

20

30

40

50

60

0 1000 2000 3000 4000 5000

Potencia [kW]

Velocidad del motor [RPM]

Potencia [kW]

Estacionario

Potencia [kW]

Transitorio

64

Anexo 4 Momento par en condiciones estacionaria y transitoria en Bogotá

Anexo 5 C.E.C. en condiciones estacionaria y transitoria en Bogotá

A.2.3.2. Comparación condiciones estacionaria y transitoria

Villavicencio (392 m.s.n.m.)

Anexo 6 Potencia en condiciones estacionaria y transitoria en Villavicencio

92

94

96

98

100

102

104

106

108

110

0 1000 2000 3000 4000 5000

Par Motor [Nm]

Velocidad del motor [RPM]

Par[Nm]

Estacionario

Par [Nm]

Transitorio

92

94

96

98

100

102

104

106

108

110

112

0 1000 2000 3000 4000 5000

C.E.C. [g/MJ]

Velocidad del motor [RPM]

C.E.C. [g/MJ]

Estacionario

C.E.C. [g/MJ]

Transitorio

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1000 2000 3000 4000 5000

Potencia [kW]

Velocidad del motor [RPM]

Potencia [kW]

Estacionario

Potencia [kW]

Transitorio

65

Anexo 7 Momento par en condiciones estacionaria y transitoria en Villavicencio

Anexo 8 C.E.C. en condiciones estacionaria y transitoria en Villavicencio

A2.3.3. Comparación entre flujos de combustible en condiciones

estacionaria y transitoria respecto a los dos sitios de prueba

Anexo 9 Comparación caudal Bogotá - Villavicencio condición estacionaria

110

115

120

125

130

135

140

0 1000 2000 3000 4000 5000

Par Motor [Nm]

Velocidad del motor [RPM]

Par [Nm]

Estacionario

Par [Nm]

Transitorio

96

98

100

102

104

106

108

110

0 1000 2000 3000 4000 5000

C.E.C. [g/MJ]

Velocidad del motor [RPM]

C.E.C. [g/MJ]

Estacionario

C.E.C. [g/MJ]

Transitorio

0

5

10

15

20

25

30

35

0 2000 4000 6000

Caudal (L/h)

Velocidad del motor (RPM)

Bogotá

Villavicencio

66

Anexo 10 Comparación caudal Bogotá - Villavicencio condición transitoria

A3. Códigos Matlab

A3.1. Prueba de aceleración

Contents

Definicion de variables

iteracion archivos

Recorte de la senal por distancia inicial

Recorte de la senal por velocidad

Guardar archivos

clear all

close all

clc

Definicion de variables

vmax=20; % Velocidad maxima [km/h]

gp=5; %Grado del polinomio para el filtro aplicado

tf=301; %Time frame del filtro

xinicial=0.3048/1000; %Distancia inicial (1 ft)

nfiles=10;

iteracion archivos

for k=1:nfiles

g=load(['test_',num2str(k),'.lvm'],'-ascii'); % C1=Tiempo (s),

C2=Velocidad (km/h), C3=Distancia (km)

ndatos=size(g,1);

Recorte de la senal por distancia inicial

i=1;

while g(i,3)<=xinicial && i<size(g,1)

i=i+1;

end

xmin=i;

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1000 2000 3000 4000 5000

Caudal [L/h]

Velocidad motor [RPM]

Bogotá

Villavicencio

67

md(:,1)=g(xmin:ndatos,1)-g(xmin,1);

md(:,2)=g(xmin:ndatos,2)-g(xmin,2);

md(:,3)=g(xmin:ndatos,3)-g(xmin,3);

Recorte de la senal por velocidad

veloc=sgolayfilt(md(:,2),gp,tf);

i=1;

while veloc(i,1)<=vmax && i<size(md,1)

i=i+1;

end

vpmax=i;

md2(:,1)=md(1:vpmax,1);

md2(:,2)=veloc(1:vpmax,1); %datos filtrados

md2(:,3)=md(1:vpmax,2); %datos originales

figure

plot(md2(:,1),md2(:,2))

Guardar archivos

tmax(k)=md2(end,1);

save(['RV',num2str(k),'.mat'],'md2')

dlmwrite(['RV',num2str(k),'.txt'],md2,'delimiter','\t')

clear md md2 g veloc vpmax xmin ndatos

end

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A3.2. Prueba de desaceleración natural

Contents

Parámetros de entrada

Filtrado de señales

Creación de matríz a

Obtención de aceleración

Solución fr y Cd

clear all

close all

clc

Parámetros de entrada

m=2070+92.933333333333;% masa del vehículo de prueba + masa del piloto

+ masa de instrumentación

rho=1.088;% densidad del aire del sitio de prueba

Filtrado de señales

desaceler=load('des1.txt');%Reemplazar con cada uno de los archivos de

cada prueba

filter=sgolayfilt(desaceler(:,2),5,301);

filter1=[desaceler(:,1),filter,desaceler(:,3)];

figure

plot(filter1(:,1),filter1(:,2));% Realizar recorrido con while para

68

recortar la señal en un rango de 10 km/h

t=filter1(:,1); % Tiempo (s)

vfil=filter1(:,2); %Velocidad filtrada (km/h)

dist=filter1(:,3); %Distancia (m)

Creación de matríz a

matriz(:,1)=t;

matriz(:,2)=vfil;

matriz(:,3)=dist;

matriz(1,4)=t(length(t));

Obtención de aceleración

dT=t(2);

acel=0;

for i=1:1:length(vfil)-1;

acel(i)=(((vfil(i+1)-vfil(i))/3.6)/dT);

end

acel(length(vfil))=acel(length(vfil)-1);%aceleración filtrada

matriz(:,7)=sgolayfilt(acel,5,301);

Solución fr y Cd

for i=1:length(vfil)

a(:,1)=-m*9.81;

a(i,2)=-0.5*rho*(vfil(i)/3.6)^2*(1.81*1.695*0.8);

b(i,1)=m*matriz(i,7);

end

%x=((a'*a)^-1)*(a'*b);

x=a\b;

Fr=x(1);%Coeficiente de rodadura

Cd=x(2);%Coeficiente de arrastre

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A3.3. Filtrado de señal de caudal en estado transitorio

Contents

Filtrado de señales de caudal en estado transitorio

Recorrido para obtener los valores cada 0.005 s para igualar con la frecuencia de

200 Hz de los dinamómetros

clear all

close all

clc

Filtrado de señales de caudal en estado transitorio

rampa=load('rampa1b.lvm');

rampa1=rampa(:,2)*10;

[b,a] = butter(4,0.0025);%aplicación de filtro pasabajas de orden 4

con frecuencia de corte de 1 Hz

freqz(b,a)

dataIn=rampa1;

69

dataOut=filter(b,a,dataIn);

filter1=[rampa(:,1),dataOut];

figure

plot(rampa(:,1),filter1(:,2));

ndatos=size(filter1,1);

Recorrido para obtener los valores cada 0.005 s para igualar con la frecuencia

de 200 Hz de los dinamómetros

for i=1:(ndatos/5)-1

Mr(i,1)=filter1(1+(i-1)*5,2);

end

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