Actividad 7: Determinación de perfil de velocidades y de potencia de un vehículo en situación de aceleración máxima

Descripción

En esta actividad encontrarás el perfil de velocidades y potencia de un vehículo que acelera a fondo desde el reposo, asumiendo que se utiliza un motor eléctrico de baja potencia y torque.

Objetivo

Encontrar el perfil de velocidades y potencia de un vehículo que acelera a fondo desde el reposo, asumiendo que se utiliza un motor eléctrico de baja potencia y torque.

Requerimientos

Entregable de la actividad 5.

Desarrollo

  1. Investiga el peso en vacío de un automóvil compacto (MATIZ 2014 preferentemente), y considéralo para los cálculos siguientes, agregando el peso de dos pasajeros de 75 kg cada uno. Además investiga:
    1. Área frontal proyectada (A).
    2. Coeficiente de arrastre (Cd).
    3. Peso en vacío (Kerb).
    4. Agrega el peso de dos pasajeros de 75 kg cada uno.
    5. Considera un efecto de inercia rotacional del 5% del peso total con los pasajeros.
    6. Utiliza para sus cálculos una densidad del aire de 1.225 kg/m3, y un factor de resistencia al rodamiento de 0.02; diámetro de ruedas de 584 mm.

  2. Se pretende utilizar un motor eléctrico para acelerar el vehículo al máximo.
  3. Considerando las limitaciones del motor, ahora obtén el perfil de velocidades del MATIZ 2014, asumiendo que se instala un solo motor eléctrico en el eje tractivo y se utilizará el mismo diferencial cuya reducción es de 3.58.
  4. Obtén una curva del perfil de potencias (motor y ruedas). Para esto deberá seleccionar el rango de operación de voltaje que más considere apropiado
  5. ¿Cuál es la máxima velocidad que alcanzará el vehículo y en cuánto tiempo la alcanzará?
  6. ¿Es aceptable la configuración propuesta, sí o no?, ¿por qué?

Nota: deberás de considerar los datos obtenidos en la actividad del tema 5.

Criterios de evaluación de la actividad

Criterio

Puntaje

1.

Obtiene el perfil de velocidades

40

2.

Obtiene el perfil de potencia

40

3.

Responde correctamente sobre velocidad máxima y tiempo para alcanzarla

20

 

TOTAL

100

Entregable

Un reporte que contenga los perfiles de velocidad, perfiles de potencia e inclusiones.


Tarea 6: Obtención de perfil de velocidad durante desaceleración libre

Descripción

En esta actividad obtendrás el perfil de curva de desaceleración hasta que el vehículo se encuentre en reposo, partiendo de datos de automóvil (Matiz 2014), el cual circula a velocidad inicial de 50 km/h.

Objetivo

Encontrar el perfil de velocidad de un vehículo en desaceleración libre utilizando principios básicos de dinámica e intervalos de tiempo grandes.

Requerimientos

  • Tener a la mano datos de Matiz 2014.
  • Entender conceptos de cinemática y cinética de la partícula (Dinámica en especial 2ª Ley de Newton).

Desarrollo

  1. Investiga peso en vacío de un automóvil compacto (MATIZ 2014 preferentemente) y considéralo para los cálculos siguientes agregando el peso de dos pasajeros de 75 kg cada uno. Además investiga:
    1. Área frontal proyectada (A).
    2. Coeficiente de arrastre (Cd).
    3. Peso en vacío (Kerb).
    4. Agregue el peso de dos pasajeros de 75 kg cada uno.
    5. Considera un efecto de inercia rotacional del 2.5% del peso total con los pasajeros.
    6. Utiliza para sus cálculos una densidad del aire de 1.225 kg/m3 y un factor de resistencia al rodamiento de 0.02; diámetro de ruedas 584 mm.

  2. Se pretende obtener el perfil de velocidad del auto cuando éste circula a 50 km/h y el chofer suelta el pedal del acelerador dejándolo que se desacelere libremente hasta que se detenga. Considerando las condiciones iniciales de 50 km/h en el instante t=0, obtén la velocidad terminal 20 segundos después con el siguiente procedimiento:
    1. Obtén la resistencia al rodamiento y aerodinámica mediante las expresiones:

      2. Donde V es la velocidad inicial de 50 km/h (necesita convertirla a m/s).

    2. Obtén la fuerza total de resistencia sumando ambas fuerzas:

    3. Obtén la aceleración (desaceleración) utilizando la segunda Ley de Newton:

      4. Donde:
      M=(PesoVacio+150)(1+FactorRotacional)

    4. Obtén la velocidad terminal utilizando las expresiones de cinemática de la partícula:

      5. Nota: ten cuidado en el manejo de las unidades, durante los cálculos se sugiere utilizar la velocidad en m/s.


  3. Repite el procedimiento anterior pero ahora utilizando como condición terminal V2 en el instante t=20 segundos. Es decir, utiliza la velocidad terminal calculada en el procedimiento anterior como condición inicial y calcula V3.
  4. Repite tantos ciclos como sean necesarios hasta que la velocidad terminal sea cero.
  5. ¿En cuánto tiempo se llega a detener el automóvil?
  6. Utilizando los principios de cinética de la partícula, asume que la desaceleración es lineal todo el tiempo, determina el tiempo que tardaría el vehículo cuando éste alcanza el reposo:

  7. ¿Qué diferencia hay entre los dos procedimientos? ¿Son coincidentes los resultados?
  8. Elabora un reporte que incluya los cálculos detallados, respuestas a las preguntas y tus conclusiones.

Criterios de evaluación de la actividad

Criterio

Puntaje

1.

Calcula el perfil de velocidades (curva o tabla)

50

2.

Incluye respuesta final de tiempo (pregunta 5)

20

3.

Incluye respuesta final de tiempo (pregunta 6)

10

4.

Desarrolla conclusiones sobre lo solicitado (pregunta 7)

20

 

TOTAL

100

Entregable

Documento que incluya perfil de velocidades, respuesta a las preguntas solicitadas y conclusión.