Proyecto: construcción de un kart eléctrico

• Introducción

Mi  proyecto fin de carrera consiste en la construcción de un kart eléctrico.

Mediante este proyecto quiero conocer las ventajas y desventajas de los motores eléctricos de una manera práctica, estableciendo una comparativa con los motores de combustión actuales.

El proyecto consta de las siguientes fases:

Estudio elección de materiales.

Diseño del chasis.

Construcción del chasis.

Integración de todos los componentes electrónicos.

El diseño del chasis es una parte en la que yo no intervengo, ya que no dispongo de los conocimientos necesarios de diseño mecánico. De esta parte se encargan alumnos de un grado superior de estructuras metálicas.

Por lo tanto mi punto crítico será el correcto dimensionamiento de la parte electrónica del kart.

El kart consta de los siguientes componentes:

Motor: es lo que hace moverse al kart, será de corriente continua ya que es más fácil de controlar que uno de corriente alterna, ya que en este entran más parámetros a tener en cuenta.

Baterías: parte fundamental del kart y con más variantes posibles, ya que existen varios tipos. La elección final se hará en función del presupuesto del que se disponga, ya que la autonomía del kart depende de la inversión en baterías. Los dos tipos de batería más importante son LiFeP04 y Pb Ac. Se valorara la combinación de batería y de supercondensador.

Controlador: este componente será el que tenga el control sobre la entrada y salida de energía al motor, regulación de rpm.

Potenciómetro es el componente que envía impulsos al controlador para acelerar o desacelerar el motor.

Estos son los componentes principales del kart, el principal inconveniente que tiene es un correcto dimensionamiento de los componentes, para conseguir unos 30km/h de velocidad y una hora de autonomía.

• Objetivos de proyecto

Los obetivos de este proyecto es la demostración de las ventajas e inconvenientes de la electricidad como sustitutivo de la gasolina. Hay que lograr la integración de todos los componentes del kart, diseño del chasis, elección de los componentes electrónicos.

En resumen lograr una aplicación teorico-practica aplicando conocimientos mecanicos y electrónicos.

Me surge la idea de este proyecto hace un par de veranos cuando me dispuse a hacer el camino de Santiago en bicicleta. Se me ocurrió el poder hacerme un cargador de móvil para la bici con una dinamo y aplicando los conceptos explicados en clase de electrónica analógica, y de esta manera me hice el cargador. Una vez realizado me di cuenta que está bien conocer los conceptos pero que es mucho mejor intentarlos unir realizando alguna aplicación práctica.

• Entorno de implantación

El alcance del proyecto es el diseño de todo el chasis, basándonos en planos ya realizados que nos servirán para establecer las medidas estándar y haciendo las modificaciones oportunas para ajustar los componentes a utilizar, optimizando al máximo el chasis para un mayor rendimiento.

También informar sobre los avances que se están llevando a cabo sobre nuevas formas de movilidad.

• Desarrollo

A modo de introducción comento las alternativas al kart de combustión

Hidrogeno: actualmente existen muy pocos en el año 2008 existían 6 en todo el mundo, y uno de ellos fue diseñado en Aragón por miembros de la Fundación del Hidrógeno, la Escuela Universitaria Politécnica de La Almunia (Zaragoza) y Team Elías.

Un kart de hidrogeno tiene los mismos componentes que un kart eléctrico, las diferencias que existen son el sistema de alimentación de los componentes, este kart necesita una pila de combustible para alimentar todos los componentes.

Con el hidrogeno nos evitaríamos, todos los problemas de las baterías, tales como peso, duración, tiempo de carga y autonomía.

No tiene nada que envidiar al de combustión en cuanto a prestaciones, pero el precio de todos los componentes del kart es muy elevado.

En estos momentos para una producción de karts de hidrogeno para utilizar en circuitos indoor por ejemplo no sería muy rentable ya que el coste sería muy elevado. El hidrogeno será mejor para aplicaciones que requieran mayor autonomía.

Igual en un futuro abaratando los costes de los componentes sería posible, de momento estos prototipos sirven para ver las ventajas que nos puede ofrecer el hidrogeno frente al motor de combustión y seguir desarrollando esta tecnología, que se espera un gran desarrollo y en un futuro será la mejor alternativa a la gasolina, pero como en toda nueva tecnología aún queda mucho que avanzar.

Eléctrico a baterías

Es la otra alternativa importante en cuanto a la construcción de un kart.

Sus ventajas principales son las siguientes:

Al ser un motor eléctrico apenas tiene sonido, por lo que es importante en un circuito de karts indoor. La aceleración desde parado es muy grande ya que te entrega el máximo par del motor desde cero.

El mantenimiento de los componentes es prácticamente inexistente.

Inconvenientes:

El principal inconveniente son las baterías, tienen un peso elevado, además del precio y la duración tanto de carga como de descarga.

Este inconveniente puede ser más o menos importante dependiendo de la inversión que hagamos en este componente. Ya que existen varias tecnologías, muy diferentes que soportan mejor las descargas intensas.

Componentes:

• Análisis motor

Existen 2 tipos de motores eléctricos de CC y de CA.

Motores de continua (DC)

Motores de alterna (AC)

Motores especiales

Motores brushless de imanes permanentes (MM)

Motor de inducción (AM)

Robusto y de bajo coste, puede operar a altas revoluciones con un tamaño reducido.

Requiere altas corrientes debido a los bajos factores de potencia que tiene.

Rendimiento superior al de otros motores de continua, pero inferior al de los síncronos.

Ampliamente utilizados en los vehículos eléctricos, en EEUU y Japón.

Buenos resultados en vehículos de gran tamaño, su rendimiento decae mucho en pequeños vehículos.

El inconveniente principal es que necesitan unos circuitos de control mucho mas complejos y caros que  los de un motor de continua.

Ventajas de estos motores frente a los motores de continua:

- poseen mayor potencia por unidad de volumen

- no necesitan escobillas

- curvas de rendimiento-velocidad mas planas, rendimiento más constante

- su menor tamaño los hace más baratos

- poseen una vida similar a las de los motores de combustión

Motores síncronos de excitación separada (SM)

Motores síncronos de imanes permanentes (PM)

Tiene un alto rendimiento, además de una alta relación par/peso.

Su mayor desventaja ha sido el alto coste de los imanes permanentes.

Fueron desarrollados en un principio para reemplazar a los motores síncronos de reluctancia, siendo su rango de potencias así como su capacidad de sincronización inherentemente mayor.

El estator es similar al de un motor de inducción polifásico.

Los imanes permanentes están localizados en el rotor y generalmente la orientación del flujo por ellos producido es radial o bien circunferencial.

Este rotor incorpora también un devanado de jaula de ardilla (simple ó de doble jaula), que sirve para arrancar el motor

Motores de reluctancia variable (VR).

Motor de reluctancia conmutada (SR) 

La elección de un motor u otro depende de las necesidades que estemos buscando para nuestro vehículo. Los de corriente continua son más fáciles de controlar, solo hay que controlar intensidad, mientras que en AC hay que controlar intensidad y frecuencia, pero por el contrario, son un poco menos eficientes y es muy difícil obtener frenado regenerativo, excepto en los motores de imanes permanentes.

Dentro de todos los componentes que forman parte del sistema de motorización de un vehículo eléctrico, es el motor el que más influye. Para la elección del motor más apropiado, los factores más condicionantes son:

Par

Peso, tamaño

Rendimiento

Tipo de refrigeración

Ruido

Mantenimiento

Seguridad

Coste

Existen otros de carácter indirecto, como son:

        - niveles de tensión

        - tipo de transmisión

        - requerimientos de instalación en el vehículo

Para la construcción del kart consideramos las siguientes opciones de motorización:

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