INFORME_FINAL_PF_CUADRADO_DELVILLAR_RINCON

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Universidad del Norte 
Departamento de Ingeniería Mecánica 
 
 
Diseño de conversión de vehículos de combustión interna a vehículos eléctricos 
aplicación a la marca Renault Duster 
 
 
Autores: 
Andres Mauricio Cuadrado Rincón – 200070551 
Juan Sebastián Del Villar Tapias -200129974 
Samir Andrés Rincón Diaz - 200132728 
 
 
 
Tutor: 
Ing. Heriberto Maury, PhD 
 
 
 
Barranquilla, Colombia 
2023 
 
 
2 
TABLA DE CONTENIDO 
1. RESUMEN ..................................................................................................................................... 4 
2. ABSTRACT ................................................................................................................................... 4 
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................................... 4 
3.1 Identificación de la necesidad y análisis del problema ........................................................................ 4 
3.2 Planteamiento de la misión y el propósito del diseño ......................................................................... 5 
4. OBJETIVOS .................................................................................................................................. 6 
4.1 Objetivo general .................................................................................................................................. 6 
4.2 Objetivos específicos ........................................................................................................................... 6 
5. ESTADO DEL ARTE ................................................................................................................... 6 
5.1 Celdas de batería .................................................................................................................................. 6 
5.2 Densidad energética ............................................................................................................................. 7 
5.3 Estimación de nivel de carga ............................................................................................................... 8 
5.4 Frenado regenerativo ........................................................................................................................... 8 
5.5 Inversor de corriente ............................................................................................................................ 8 
5.6 Motor eléctrico (PMSM) ..................................................................................................................... 9 
5.7 Transmisión de vehículo eléctricos ..................................................................................................... 9 
5.8 WLTP .................................................................................................................................................. 9 
6. PATENTES .................................................................................................................................. 10 
6.1 Baterías de iones de litio .................................................................................................................... 10 
6.2 Motor síncrono de imanes permanentes ............................................................................................ 11 
6.3 Inversor de potencia para vehículos .................................................................................................. 11 
6.4 Sistema de transmisión para carros eléctricos ................................................................................... 12 
7. NORMATIVAS ........................................................................................................................... 13 
7.1 Norma ISO/TS 16949 calidad en industria automotriz ..................................................................... 13 
7.2 Norma IEC 61851 .............................................................................................................................. 13 
7.3 Norma ISO 15118 .............................................................................................................................. 13 
8. ESTADO DE LA TÉCNICA ...................................................................................................... 14 
8.1 Oferta comercial ................................................................................................................................ 14 
8.2 Características técnicas ...................................................................................................................... 14 
8.3 Prestaciones ....................................................................................................................................... 14 
8.4 Limitaciones ...................................................................................................................................... 14 
9. DISEÑO DE ESPECIFICACIONES ......................................................................................... 14 
9.1 Necesidades ....................................................................................................................................... 14 
9.2 Definición de métricas ....................................................................................................................... 15 
9.3 Comparación con la competencia ...................................................................................................... 15 
9.3.1 BYD Yuan Plus .......................................................................................................................... 16 
9.3.2 DFSK Seres 3 ............................................................................................................................. 16 
9.3.3 Hyundai Kona Eléctrica ............................................................................................................. 17 
9.3.4 Mazda MX-30 ............................................................................................................................ 17 
9.3.5 Renault Duster............................................................................................................................ 18 
9.4 Comparación ...................................................................................................................................... 18 
 
 
3 
9.5 Valores meta ...................................................................................................................................... 19 
10. DISEÑO CONCEPTUAL ........................................................................................................... 19 
10.1 Diagrama de caja negra ................................................................................................................... 19 
10.2 Diagrama de caja transparente ......................................................................................................... 20 
10.3 Combinación de conceptos para subsistemas de interés ................................................................. 21 
11. MEMORIA DE CALCULOS PRELIMINARES PARA DETERMINACIÓN DE 
CARACTERÍSTICAS RELEVANTES .................................................................................... 21 
11.1 Ruta y ciclo de operación diaria ...................................................................................................... 21 
11.2 Ciclo de velocidades del vehículo ................................................................................................... 22 
11.3 Vehículo por evaluar ....................................................................................................................... 23 
11.4 Análisis del vehículo ....................................................................................................................... 24 
11.5 Potencia requerida y energía consumida .........................................................................................26 
11.6 Simulación del ciclo de trabajo ....................................................................................................... 27 
11.7 Dimensionamiento de baterías......................................................................................................... 28 
11.8 Dimensionamiento de motore .......................................................................................................... 29 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
1. RESUMEN 
En el siguiente informe se encuentra la realización del proceso de diseño de conversión 
de los vehículos de combustión interna, marca Renault Duster, a vehículos eléctricos. 
Estos vehículos pertenecen a la empresa PRIME TERMOFLORES S.A.S E.S.P, a la cual 
ayudaremos transformando sus vehículos, que utilizan para el transporte de su personal a 
la planta de trabajo. Todo esto con el fin de mitigar las emisiones de CO2 producidas por 
los automóviles, promoviendo una imagen más amigable con el ambiente de la empresa. 
Así mismo, buscando una reducción de costos, debido al alza del precio de la gasolina en 
la actualidad. 
2. ABSTRACT 
In the following report you will find the design process of the conversion of internal 
combustion vehicles, Renault Duster brand, to electric vehicles. These vehicles belong to 
the company PRIME TERMOFLORES S.A.S.S E.S.P, which we will help by 
transforming their vehicles, which they use to transport their staff to the work plant. All 
this in order to mitigate CO2 emissions produced by cars, promoting a more 
environmentally friendly image of the company. Also, looking for a cost reduction, due 
to the current increase in the price of gasoline. 
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 
3.1. Identificación de la necesidad y análisis del problema 
En la actualidad, la importancia de preservar el planeta ha aumentado la necesidad de 
buscar alternativas, mediante el uso de la energía, adaptando cada vez más las energías 
renovables y limpias. De acuerdo con la Agencia Internacional de Energía, los 
combustibles fósiles representan el 80% de la demanda global de energía primaria y con 
esto, el sistema energético es responsable de dos terceras partes de las emisiones de CO2. 
Si se continua con este ritmo las emisiones podrían llegar a causar un aumento del 2°C 
en el planeta para el 2050 [1]. 
En Colombia, más del 78% de las emisiones CO2 provienen de los más de 15 millones de 
vehículos. Siendo Bogotá, la ciudad que más aporta con un 60% de emisiones [2]. Por lo 
que el gobierno colombiano ha buscado diferentes estrategias, para poder disminuir estos 
altos porcentajes, entre esas están el uso de medio de transporte que tengan cero emisiones 
como la bicicleta, carros eléctricos o caminar [3]. 
 
 
5 
Otra problemática a la cual hay que enfrentarse es el alza en los precios de la gasolina. 
Según el diario EL PAÍS, en el mes de marzo de 2023 el precio de la gasolina subirá por 
quinto mes consecutivo. En un rango de un año, el galón de gasolina subió de 9.030 pesos 
a 10.766 pesos en promedio para las principales ciudades del país [4]. 
Por consiguiente, se ha optado por llevar a cabo un diseño de conversión de vehículos de 
combustión interna, de marca Renault Duster, a vehículos eléctricos que ayuden a la 
empresa PRIME TERMOFLORES S.A.S E.S.P a sobrellevar las problemáticas 
ambientales y económicas presentes en Colombia de cara a 2023. 
3.2. Planteamiento de la misión y el propósito del diseño 
El propósito de diseño del proyecto es el siguiente: 
Propósito del diseño: Flotilla de carros marca Renault Duster de la 
empresa PRIME TERMOFLORES S.A.S E.S.P 
 
Descripción del producto Carros de transporte urbano 100% 
eléctricos 
 
 
 
Objetivos claves Diseñar la transformación de un vehículo 
urbano de combustión interna a uno 
eléctrico. 
 
 
 
Analizar el impacto ambiental y económico 
que tendría un carro urbano transformado en 
eléctrico 
 
 
 
Mercado Primario PRIME TERMOFLORES S.A.S E.S.P 
 
Empresas locales y nacionales 
Usuarios particulares que busquen reducir su 
huella de carbono, electrificando sus carros 
 
 
 
Mercado(s) Secundarios Gobierno nacional 
 
Suposiciones y limitaciones No hay empresas en el país que se encarguen 
de la conversión de motores de combustión 
interna a eléctricos 
 
No hay la infraestructura necesaria para 
cargar los carros 
 
Almacenamiento de energía suficiente para 
uso diario 
 
Peso añadido a los vehículos por el sistema 
de almacenamiento de energía. 
 
 
 
6 
 
 
Grupos de interés Fabricantes de carros 
Usuarios de los carros 
Operarios 
Técnicos de mantenimiento 
Tabla 1. Propósito del diseño 
4. OBJETIVOS 
4.1 Objetivo general 
Diseñar la sustitución de los componentes convencionales de combustión interna en los 
vehículos, marca Renault Duster, del transporte de personal de la empresa PRIME 
TERMOFLORES S.A.S E.S.P, por componentes eléctricos, considerando los aspectos 
técnicos, económicos y ambientales. 
4.2 Objetivos específicos 
• Realizar un análisis detallado del consumo de combustible y la emisión de gases 
contaminantes de los vehículos del transporte de personal de Termoflores con 
motores de combustión interna. 
• Diseñar la sustitución de los componentes de combustión interna en los vehículos 
del transporte de personal de la empresa PRIME TERMOFLORES S.A.S E.S.P 
por componentes eléctricos. 
• Identificar y evaluar los riesgos y beneficios ambientales asociados con el cambio 
de tecnología, incluyendo la reducción de emisiones contaminantes y la posible 
generación de residuos electrónicos. 
• Determinar si el diseño es viable y competitivo tanto técnico, ambiental y 
económicamente contra el uso de vehículos de combustión interna. 
5. ESTADO DEL ARTE 
5.1. Celdas de batería 
Las baterías de los vehículos eléctricos están compuestas de celdas, que funcionan como 
el sistema de almacenamiento de estos. Son unidades que poseen dos polos opuestos 
capaces de brindarle energía eléctrica al motor eléctrico. Están compuestas de diferentes 
tipos de elementos, capaces de generar reacciones electroquímicas, como: Ion-Litio, 
Níquel-Cobalto-Manganeso, etc. Para convertir la energía química a eléctrica, las celdas 
contienen dos juegos de placas sumergidas en una solución, llamada electrolito, que 
permite este intercambio de energía [5]. 
 
 
7 
 
Figura 1. Celdas de batería [6] 
5.2. Densidad energética 
Es la relación existente entre el tamaño de la batería con respecto a la cantidad de energía 
que puede almacenar, demostrando el rendimiento que posee. El objetivo es tener una 
mayor capacidad de energía en el menor espacio posible. Las unidades que utiliza son 
MJ/kg. Entre mayor densidad energética haya mayor energía habrá para utilizar en el 
vehículo [7]. 
 
Figura 2. Gráfica de densidades energéticas de combustibles comunes [7] 
 
 
 
8 
 
Tipo de 
Combustible 
Tipo de 
Reacción 
Densidad Energética 
(MJ/kg) Usos Típicos 
Madera Químico 16 Calefacción, Cocina 
Carbón Químico 24 
Centrales eléctricas, Generación de 
electricidad 
Etanol Químico 26,8 
Mezcla de gasolina, Alcohol, 
Productos químicos 
Biodiésel Químico 38 Motor de automoción 
Petróleo crudo Químico 44 Refinería, Productos petróleos 
Diesel Químico 45 Motores Diesel 
Gasolina Químico 46 Motores de gasolina 
Gas natural Químico 55 
Calefacción domestica Generación de 
electricidad 
Uranio-235 Nuclear 3900000 
Reactor nuclear Generación de 
electricidad 
Tabla 2. Densidad energética de diferentes tipos de combustible [7] 
5.3. Estimación de nivel de carga 
Es uno de los parámetros más importantes de una batería. Esta muestra el rendimiento de 
esta, además previene de posibles sobrecargas, alarga su vida útil y ayuda a crear una 
estrategia de control para optimizar la energía almacenada en ella. Existen muchos 
métodosmatemáticos que ayudan a estimar el nivel de carga. Utilizando como base la 
relación entre la capacitancia actual y la nominal [8]. 
5.4. Frenado regenerativo 
En los vehículos eléctricos, el frenado se genera en dos formas distintas. La primera un 
frenado eléctrico, donde interviene la electrónica de potencia que varía el comportamiento 
del motor a generador. Esto quiere decir que mientras el vehículo frena, la energía cinética 
se transformaría en energía eléctrica, en vez de perderse en forma de calor y así recargar 
las baterías. La segunda forma ya sería el frenado hidráulico convencional por medio de 
la fricción de los discos y zapatas, que transforma ese calor en energía eléctrica [9]. 
 
 
9 
 
Figura 3. Frenado regenerativo para vehículos eléctricos [10] 
5.5. Inversor de corriente 
Son los dispositivos encargados de transformar la corriente continua o directa (DC) 
proveniente de la batería en corriente alterna (AC) para proporcionarla al motor. Esto es 
debido a que la velocidad y par motor del motor son difíciles de controlar si utiliza la 
corriente directa. Son dispositivos con una alta eficiencia [11]. 
 
5.6. Motor eléctrico 
El motor síncrono de imán permanente es un motor que su excitación de campo proviene 
de imanes permanentes, como su nombre lo indica, y tiene una forma de onda de fuerza 
contraelectromotriz senoidal. Tiene un rotor de imán permanente y bobinas en el estator 
y una alta densidad de potencia. Con los imanes permanentes, genera un par motor a 
velocidad cero y se utilizan en situaciones cuando se necesita alto rendimiento y eficiencia 
[12]. 
 
Figura 4. Motor eléctrico PMSM [13] 
5.7. Transmisión de vehículos eléctricos 
En la actualidad los vehículos eléctricos cuentan con transmisión de solo dos relaciones 
a comparación de los vehículos tradicionales. La primera relación es corta y está diseñada 
 
 
10 
para brindar una máxima aceleración, esta engranada de 0 a 120/140 km/h. En cambio, la 
segunda relación es para un uso más largo, donde se reduce el consumo del vehículo a 
alta velocidad manteniendo constante el empuje hasta la velocidad máxima [14]. 
5.8. WLTP 
El “Worldwide Harmonized Light-Duty Vehicule Test Procedure” o WLTP, es una 
prueba utilizada en la unión europea para medir el consumo de gasolina o energía, 
emisiones de CO2 y polución en vehículos comerciales ligeros [15]. 
 
Figura 5. WLTP [16] 
6. PATENTES 
4.1. Baterías de iones de litio 
La demanda de celdas de alimentación, como las baterías de iones de litio, se ha 
incrementado debido al aumento de aplicaciones como los vehículos eléctricos. Es un 
requisito para estas aplicaciones que las densidades de energía y potencia sean altas, pero 
también su fabricación a bajo costo y seguridad. La presente invención proporciona una 
estructura de batería de iones de litio tipo MN, con costos de producción reducidos y una 
seguridad mejorada, al tiempo que proporciona los beneficios de una batería de tamaño 
más grande. Además, presente un fácil ensamblaje de sus conjuntos y una capacidad de 
adaptar la potencia con respecto a la energía [17]. 
 
 
11 
 
Figura 6. Baterías de iones de litio [17] 
4.2. Motor síncrono de imanes permanentes 
El presente invento se refiere a un motor síncrono de imanes permanentes, el cual el imán 
permanente tiene un estator con bobinas concentradas. Este tipo de motores normalmente 
utiliza los dientes del estator y emplea un método de bobinas distribuidas para que la 
fuerza magnetomotriz del motor pueda formar una onda sinusoidal. Los imanes 
permanentes del rotor emplean imanes producidos con materiales de tierras raras con un 
alto flujo de densidad magnética, al igual que una gran fuerza de resistencia a la 
desmagnetización. Un sensor detecta la fase rotacional del rotor para que la corriente 
pueda tener una respuesta controlada a la posición del rotor. Debido a que el espacio entre 
los dientes no es más de dos veces el espacio de aire, el flujo de desmagnetización es 
contenido para que no fluya hacia el rotor [18]. 
 
 
12 
 
Figura 7. Motor PMSM [18] 
4.3. Inversor de potencia para vehículos 
El invento presentado es sobre un inversor de potencia para vehículos, específicamente a 
inversores de potencia que tienen un conjunto de módulo de potencia con aletas de 
refrigeración. Los vehículos eléctricos con baterías o híbridos contienen baterías como 
fuente de almacenamiento y uno o más componentes eléctricos, el inversor va conectado 
entres la batería y los componentes, transformando la corriente directa de la batería en 
corriente alterna para los componentes eléctricos. Este inversor incluye una pluralidad de 
módulos de potencia apilados en una matriz. Las cámaras de refrigeración si intercalan 
con los módulos. Cada una de estas cámaras presenta una entrada y salida interconectada 
por una trayectoria de refrigerante para poder circular este por la cámaras [19]. 
 
Figura 8. Inversor de potencia para vehículos [19] 
 
 
13 
4.4. Sistema de transmisión para carros eléctricos 
El sistema de transmisión para carros eléctricos incluye una caja de cambios que produce 
diferentes radios de rotación entre el motor y las ruedas durante el uso del vehículo, un 
diferencial que sirve para absorber la potencia de la caja de cambios para superar la 
diferente velocidad rotacional entre las ruedas y los dos ejes. El objetivo principal de este 
invento es producir un sistema de transmisión para carros eléctricos que sea capaz de 
amortiguar el rebote, contrarrestar la fuerza centrífuga y mejorar la estabilidad cuando el 
vehículo circula por una carretera bacheada y realiza un giro [20]. 
 
Figura 9. Sistema de transmisión para carros eléctricos [20] 
7. NORMATIVAS 
7.1. Norma ISO/TS 16949 calidad en industria automotriz 
Esta norma la utiliza Renault y es un estándar internacional que establece los requisitos 
para un sistema de gestión de calidad en la industria automotriz. Esta norma fue creada 
para mejorar la calidad y la eficiencia en toda la cadena de suministro de la industria 
automotriz, desde la planificación hasta la entrega del producto final. Además, incluye 
requisitos específicos para la gestión de la calidad, la gestión de los procesos, la gestión 
de los proveedores, la gestión del producto y la gestión de la satisfacción del cliente. 
También establece requisitos para la mejora continua del sistema de gestión de calidad y 
la prevención de defectos. Esta norma es aplicable a todas las organizaciones que diseñan, 
desarrollan, producen y entregan componentes y piezas para la industria automotriz, 
independientemente de su tamaño y ubicación geográfica. La certificación ISO/TS 16949 
 
 
14 
es una herramienta valiosa para mejorar la competitividad de las empresas en la industria 
automotriz [21]. 
7.2. Norma IEC 61851 
La norma IEC 61851-1 establece los requisitos para los sistemas de carga de vehículos 
eléctricos, incluyendo los conectores, las estaciones de carga, los cables y los sistemas de 
gestión de carga. Esta norma tiene como objetivo garantizar la seguridad, la 
compatibilidad y la eficiencia de los sistemas de carga de vehículos eléctricos [22]. 
 
7.3. Norma ISO 15118 
establece el proceso de carga de vehículos eléctricos, proporcionando especificaciones 
para la comunicación entre el vehículo eléctrico y la estación de carga, así como para la 
autenticación y la autorización del usuario, la negociación de la carga y la transferencia 
de energía. Tiene como objetivo mejorar la interoperabilidad y la seguridad de los 
sistemas de carga de vehículos eléctricos, proporcionando un proceso de carga 
estandarizado y seguro. Además, la norma permite la integración de los vehículos 
eléctricos en los sistemas de gestión de la energía, lo que permite una carga inteligente y 
una mayor eficiencia energética. Esta norma es importante para avanzar en la movilidad 
sostenible, yaque proporciona un marco para la implementación de sistemas de carga 
seguros y eficientes en todo el mundo [23]. 
 
 
 
8. ESTADO DE LA TÉCNICA 
8.1. Oferta comercial 
Con este proyecto se busca diseñar la conversión de un vehículo urbano, marca Renault 
Duster, de combustión interna a uno eléctrico y así con esto aportar a la disminución de 
la huella de carbono emitida por este tipo de carros y de la empresa. Por consiguiente, 
ayudar a tener menos impacto en el medio ambiente, a la capa de ozono y al calentamiento 
global. Por último, disminuir los costos de la empresa, reemplazando los costos en 
gasolina por electricidad. 
8.2. Características técnicas 
 
 
15 
 Los nuevos componentes eléctricos disminuirán considerablemente las emisiones de CO2 
a la atmosfera, y además se espera tener un ahorro en los costos operativos, debido al 
cambio de combustible que se utilizara. 
8.3. Prestaciones 
Se analizará cuanto disminuirá las emisiones de CO2, gracias a la conversión del vehículo 
con componentes eléctricos con un objetivo de disminución del 20% aproximadamente. 
8.4. Limitaciones 
La principal limitación de este proyecto es el costo de esta transición y si este es factible 
para la empresa en el aspecto económico, ya que si no es factible este cambio no será 
implementado. Además, la falta de infraestructura existente en el país para tener un carro 
con componentes eléctrico es extremadamente baja. 
9. DISEÑO DE ESPECIFICACIONES 
9.1. Necesidades 
Después de analizar el proyecto propuesto por PRIME TERMOFLORES S.A.S E.S.P, se 
establecieron unas necesidades que requerían de parte de la empresa para que se tuvieran 
en cuenta a la hora de diseñar la electrificación de sus automóviles y escoger los 
componentes, para lograr cumplir con estándares de seguridad, eficiencia y bajos costos. 
Las necesidades establecidas son las siguientes: 
 
Tabla 3. Necesidades del cliente 
9.2. Definición de métricas 
Gracias a las necesidades establecidas, se logró estipular las siguientes métricas que 
permitirán fijar los valores meta: 
 
 
16 
 
Tabla 4. Métricas 
9.3. Competencia 
Se investigaron modelos de vehículos eléctricos presentes en concepcioneros en todo el 
país, para lograr hacer una comparativa entre sus propiedades y los valores del Renault 
Duster a utilizar, para encontrar valores marginales e ideales del diseño, en base a la 
competencia. Se encontró el BYD Yuan Plus, el DFSK Seres 3, el Hyundai Kona 
Eléctrica y el Mazda MX-30 [24]. 
 
9.3.1. BYD Yuan Plus: 
La camioneta BYD yuan plus, es una camioneta tipo SUV de la marca china BYD. Este 
vehículo es 100% eléctrico y es catalogada por la misma compañía como una camioneta 
“cero emisiones”. Este vehículo cuenta con un motor eléctrico trifásico de embobinado 
hexagonal con una potencia de 201 HP y 310nm de torque. Con relación a sus celdas de 
baterías, esta camioneta cuenta con un paquete de baterías tipo “Blade” de 60kWh, que 
da una autonomía de 480km y que se puede cargar fácilmente en un tomacorriente de 
220V con una duración entre 8 y 10 horas [25]. El valor comercial de este vehículo es de 
203 millones de pesos colombianos. Este vehículo se puede encontrar en sus respectivos 
concesionarios en la calle 127 y avenida 6 en Bogotá, y en BYD envigado [26]. 
 
 
17 
 
Figura 10. BYD Yuan Plus [27] 
9.3.2. DFSK Seres 3: 
La DFSK Seres 3 es una camioneta eléctrica de la compañía china DFSK. Este vehículo 
cuenta con un motor síncrono con rotor de imanes permanentes que se encuentra en el eje 
delantero de la camioneta. Cuenta con una potencia de 161HP y un torque de 300 Nm, 
acoplado en una caja de transmisión automática. La batería con la que cuenta este carro 
es de litio ternario de hierro ferro fosfato refrigerada por líquido, con una densidad 
energética reducida pero que disminuye la degradación de la batería considerablemente 
entre los periodos de carga. Con esta batería el carro alcanza una capacidad de 53,6 kWh 
que le dan una autonomía de hasta 405km. El precio del mercado de este vehículo es de 
149 millones de pesos. Este auto se puede encontrar en los concesionarios de la carrera 
72 #77-52 en la ciudad de Barranquilla [28]. 
 
Figura 11. DFSK Seres 3 [28] 
9.3.3. Hyundai Kona Eléctrica: 
La Hyundai Kona es una camioneta eléctrica producida por la multinacional coreana, 
Hyundai. Esta camioneta cuenta con un motor eléctrico que entrega una potencia de 136 
Hp y 395 Nm de torque, que es alimentada por una batería de 39,2 kWh con la que ofrece 
 
 
18 
una autonomía de hasta 305 km por cada ciclo de carga. Además de lo anterior, esta 
camioneta cuenta con un sistema de frenado regenerativo. Este vehículo tiene un valor 
comercial de 200 millones de pesos colombianos. Este vehículo se puede encontrar en 
Auto norte cerca al Puerta de Oro en la ciudad de Barranquilla [29]. 
 
Figura 12. Hyundai Kona Eléctrica [29] 
9.3.4. Mazda MX-30: 
El Mazda MX-30 es el primer vehículo eléctrico de la empresa nipona, Mazda. Esta 
camioneta cuenta con un motor eléctrico e-skyactiv, posicionado en el eje delantero, en 
donde alcanza una potencia máxima de 143 HP a 4500 RPM y un torque de 271 Nm. Se 
alimenta de una batería de ion litio Panasonic con celdas prismáticas, que ofrece 35,5 
kWh de capacidad y 355V de tensión. Gracias a la potencia de la batería de 50 kWh, este 
vehículo puede cargarse de 0 a 100% en media hora, obteniendo así una autonomía de 
224 km. Este vehículo tiene un valor de 192 millones de pesos colombianos. Este carro 
se puede encontrar en el concesionario de Mazda en la carrera 54 #76 de la ciudad de 
Barranquilla [30]. 
 
Figura 13. Mazda MX-30 [30] 
 
 
 
19 
9.3.5. Renault Duster 
La Renault Duster es una de las camionetas SUV, más icónicas de la marca. La Zen 1,6 
LMT, tiene un diseño robusto característico de esta SUV. Con un motor de 1,6 L que 
tiene una potencia máxima de 114 HP y llega 5500 revoluciones por minuto. Un tanque 
de combustible de 50 L, igual que en todas sus versiones hermanas y un peso bruto de 
1763 kg. Excelente, como afirma Renault, para expandir horizontes y vivir nuevas 
experiencias. Este carro se puede hallar en el cocesionario de Renault Moto costa sede 
norte en la ciudad de Barranquilla [31]. 
9.4. Comparación con la competencia 
A continuación, se condensan todas las características importantes de los vehículos 
mencionados anteriormente, para así realizar una comparativa entre ellos y analizar cuáles 
serán los valores metas de nuestro proyecto. 
 
Tabla 5. Comparación con la competencia 
9.5. Valores meta 
Al analizar el estudio del mercado podemos obtener los siguientes valores meta para este 
proyecto: 
 
 
20 
 
Tabla 6. Valores marginales e ideales 
10. DISEÑO CONCEPTUAL 
10.1. Diagrama de caja negra 
Con el fin de tener un mejor entendimiento del problema a tratar, se hizo un diagrama de 
caja negra en el cual se identifican las salidas y entradas del sistema como se aprecia en 
la siguiente figura: 
 
Figura 14. Caja negra 
En la figura se muestra que los parámetros de entrada del sistema energía eléctrica y señal 
de accionamiento del vehículo que tiene por el fin movimiento del vehículo de forma 
sostenible y los parámetros de salida son energía mecánica, movimiento del vehículo y 
menos contaminación en el medio ambiente por producción de CO2. 
10.2. Diagrama de caja transparente 
 
 
21 
Sintetizando de una mejor manera el problema, las subfunciones del sistema fueron 
descubiertas por medio de la generación del diagrama expuesto a continuación: 
 
Figura 15. Caja transparente 
En el diagrama de caja transparente se desglosaron las subfunciones que requiere cada 
entrada identificada en la caja negra y como estas se entrelazan en la máquina para poder 
transformar las entradas en las salidas deseadas, en este caso mover el vehículo de manera 
sostenible. 
 
 
 
10.3. Combinación de conceptospara subsistemas de interés 
Aceptar y Almacenar 
energía 
Transformar corriente Transformar la energía 
Celdas de batería Inversor universal Motor sincrónico de 
imanes permanentes 
Módulos de varias celdas Inversor DC a AC Motor sincrónico de 
imanes en la superficie 
----- ---- Motor asíncrono 
 
Tabla 7. Combinación de conceptos para subsistemas de interés 
Después de los diagramas, se observó que los subsistemas principales serían los que 
permiten el funcionamiento del vehículo, los cuales son los que están relacionados al 
sistema de almacenamiento de energía eléctrica y los que ayudan a que este pase a 
mecánica. Teniendo en cuenta que es necesario la transformación de la corriente para que 
allá un adecuado control de está. 
 
 
22 
Después de analizar todos los conceptos generados, se escogieron 3 combinaciones que 
pueden satisfacer de una manera eficiente las necesidades del cliente, métricas y valores 
meta propuestos para el diseño. 
11. MEMORIA DE CALCULOS PRELIMINARES PARA DETERMINACIÓN 
DE CARACTERÍSTICAS RELEVANTES 
11.1. Ruta y ciclo de operación diaria 
De las rutas presentadas por Termoflores, se escogió la Ruta Norte Ingreso, que se encueta 
en el Anexo 7 [32]. Está es una de las rutas más largas y que presenta inclinación en las 
calles, lo cual ayuda a que la fuerza resultante, la potencia y la energía del ciclo requeridas 
sean mayores y así poder escoger componentes con mayor capacidad para que cumplan 
con un funcionamiento optimo. Se tomo en cuenta, que el vehículo transporta a 5 personas 
en total (4 ingenieros de la empresa y 1 conductor). 
 
Figura 16. Ruta Norte Ingreso del ciclo a diseñar 
La duración de la ruta sería 42 minutos, es decir, 2520 segundos. Una distancia total recorrida de 
17,2 km y se realiza dos veces al día, casi siempre los 365 días del año. Se tomo el punto de inicio 
cuando el conductor recoge a la primera persona y finaliza cuando llega a la planta de 
Termoflores. Durante el recorrido se recogen a 4 personas y junto con el conductor es un total de 
5. Además, se toma un peso aproximado por cada persona de 68 kg, que es el promedio en 
América latina y el Caribe [33], el cual se suma al peso del carro al momento que se subirse al 
vehículo. 
11.2. Ciclo de velocidades del vehículo 
 
 
23 
Para obtener el ciclo de velocidades, se hicieron las siguientes asunciones: 
• La velocidad máxima en carretera urbanas es de 50 km/h y en vías nacionales de 90 km/h 
[34], con un error máximo en el velocímetro del 10% + 4 km/h [35]. 
• Se frena en cada semáforo y señal de pare. 
• El tiempo de frenado en los semáforos fue de 20 segundos y en señales de pare de 10 
segundos, al igual que cuando se frena a recoger un trabajador de la empresa. 
El ciclo de velocidades se realizó en m/s para tener unidades equivalentes en los cálculos de 
fuerza, potencia y energía requerida. 
 
Figura 17. Ciclo de velocidades 
11.3. Vehículo por evaluar 
El vehículo, al cual se le hará el diseño, es el Renault Duster Zen 1.6L MT. Por medio de 
la ficha técnica de este, Anexo 1 [36], se encontraron los datos cruciales para el cálculo 
de fuerzas que actúan sobre él. Además, se buscaron las constantes de rodamiento , 
aerodinámica y la densidad del aire . 
 
 
24 
 
Figura 18. Renault Duster Zen 1.6L MT 
 
Tabla 8. Propiedades del Renault Duster y constantes 
11.4. Análisis del vehículo 
Se realizó el diagrama de cuerpo libre del vehículo, donde se identificaron cuales fuerzas afectan 
a esté durante el ciclo y los ángulos de inclinación debido a la presencia de pendientes en 
momentos específicos del recorrido. 
 
 
25 
 
Figura 19. Diagrama de cuerpo libre del vehículo 
Se observo que el tramo de la avenida Olaya Herrera, la carrera 46, es donde presentan las 
pendientes durante el ciclo, con un mínimo de 0º en plano y de máximo 4º en esta calle [40]. 
 
Figura 20. Gráfica de ángulos de inclinación durante el ciclo 
Gracias al diagrama de cuerpo libre y las referencias encontradas por el Politecnico de Milano , 
se hallaron las fuerzas que actúan sobre el vehículo tanto en plano como en pendiente. 
• Sumatoria de fuerzas de resistencia sobre el eje x: 
∑𝐹𝑥 = 𝐹𝑟𝑒𝑠(𝑡) = 𝐹𝑖𝑛(𝑡) + 𝐹𝑎𝑒𝑟𝑜(𝑡) + 𝐹𝑟𝑜𝑙𝑙(𝑡) + 𝐹𝑔(𝑡) 
• Ecuación de fuerza inercial: 
𝐹𝑖𝑛(𝑡) = 𝑚 ∗ 𝑎(𝑡) 
 
 
26 
• Ecuación de fuerza aerodinámica: 
𝐹𝑎𝑒𝑟𝑜(𝑡) =
1
2
∗ 𝜌𝑎𝑖𝑟𝑒 ∗ 𝐶𝑥 ∗ 𝑣(𝑡)
2 
• Ecuación de fuerza de resistencia contra el rodamiento: 
𝐹𝑟𝑜𝑙𝑙(𝑡) = 𝑚 ∗ 𝑔 ∗ 𝑅𝑅𝐶 
• Ecuación de fuerza gravitacional o peso: 
𝐹𝑔(𝑡) = 𝑚 ∗ 𝑔 ∗ sin⁡(𝜃(𝑡)) 
 
 
 
 
11.5. Potencia requerida y energía consumida 
Gracias a las referencias del Politecnico de Milano , se encontraron las ecuaciones de 
potencia requerida y energía consumida por el ciclo. Estas dependen directamente de las 
fuerzas aplicadas sobre el vehículo. 
• Ecuación de potencia: 
𝑃(𝑡) = 𝐹𝑟𝑒𝑠(𝑡) ∗ 𝑣(𝑡) 
• Ecuación de energía: 
𝐸𝑐𝑦𝑐𝑙𝑒(𝑡) = ∫𝑃(𝑡)𝑑𝑡 
 
 
27 
11.6. Simulación del ciclo de trabajo 
Con ayuda de la creación del código de Matlab y de la simulación del ciclo en Simulink, se 
lograron crear las gráficas de fuerza, potencia y energía. Además, se encontraron los puntos 
máximos que deberán ser cumplidos por las alternativas. 
 
Figura 21. Modelado del ciclo de trabajo 
En la anterior imagen se puede ver el modelo que se realizó en Simulink, del ciclo de trabajo. 
Donde los valores de entrada son proporcionados por el Excel, llamado velocidades. La Signal1 
son las velocidades del ciclo en m/s, la Signal2 son los ángulos de inclinación de las calles y el 
Signal3 son las masas de las personas que se suben al vehículo. De aquí se calculan las fuerzas, 
la potencia y la energía consumida. Gracias a los scopes se pudieron obtener las gráficas y con la 
herramienta Peak Finder se encontraron los puntos máximos. 
 
Figura 22. Gráfica de fuerza resultante 
 
 
28 
 
Figura 23. Gráfica de potencia requerida 
 
Figura 24. Gráfica de energía requerida 
 
Tabla 9. Máximos de las propiedades principales 
11.7. Dimensionamiento de baterías 
Con ayuda de las referencias del Politecnico de Milano , se encontraron las ecuaciones para 
calcular la energía del diseño o autonomía, la energía de las celdas, el número necesario de celdas, 
la energía de toda la batería, la potencia de una celda y de toda la batería y la masa de la batería. 
Se definió que la batería tendría una autonomía de 2 ciclos, es decir recorrer los 17,2 km de la 
Ruta Norte ingreso en la mañana y en la noche para devolver a los trabajadores a sus hogares, 
además de una capacidad de descarga de 80% después de los dos ciclos. 
 
 
29 
 
Tabla 10. Constantes para ecuación de energía de autonomía 
• Ecuación de energía de diseño: 
𝐸𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 =
1
𝐷𝑜𝐷
∗
𝑅𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜
𝑆𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜
∗ 𝐸𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 = 51,53⁡𝑘𝑊ℎ 
Es requerido que las celdas de batería de cada alternativa logren cubrir los 51,53 kWh 
de autonomía, para los ciclos diarios. 
• Ecuación de energía de la celda: 
𝐸𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎𝑠 = 𝐼 ∗ 𝑉 
• Ecuación de número de celdas para la batería: 
𝑛𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎𝑠 =
𝐸𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜
𝐸𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎
 
• Ecuación de energía de toda la batería: 
𝐸𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 = 𝑛𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎𝑠 ∗ 𝐸𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎𝑠 
• Ecuación de potencia máxima por celda: 
𝑃𝑚𝑎𝑥,𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎 = 𝑉 ∗ 𝐶𝑚𝑎𝑥 ∗ 𝐼 
• Ecuación de potencia máxima de la batería: 
𝑃𝑚𝑎𝑥,𝑏𝑎𝑡 = 𝑛𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎𝑠 ∗ 𝑃𝑚𝑎𝑥,𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎𝑠 
• Ecuación de masa total de la batería: 
𝑚𝑏𝑎𝑡𝑟𝑖𝑎 = 𝑛𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎𝑠 ∗ 𝑚𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎𝑠 
11.8. Dimensionamiento del motor 
Con ayuda de las referencias del Politecnico de Milano , se encontraron que para el 
dimensionamiento del motor se necesita la ecuación de potencia de entrada y que esta sea menor 
a la potencia máxima que tendría la batería. 
• Ecuación de potencia de entrada del motor: 
𝑃𝑖𝑛,𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 =
𝑃𝑝𝑒𝑎𝑘,𝑚𝑎𝑥
𝜂𝑝𝑒𝑎𝑘,𝑚𝑎𝑥
 
𝑃𝑚𝑎𝑥,𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 > 𝑃𝑖𝑛,𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟11.9. Dimensionamiento del inversor 
 
 
30 
Con ayuda de las referencias del Politecnico de Milano , se encontraron que para el 
dimensionamiento del inversor se utiliza la ecuación de potencia de entrada al inversor y que esta 
debe ser mayor a la potencia de entrada del motor, pero menos a la potencia máxima de la batería. 
Además, la ecuación de corriente de fase máxima. 
• Ecuación de potencia de entrada del inversor: 
𝑃𝑖𝑛,𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟 =
𝑃𝑖𝑛,𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟
𝜂𝑖𝑛,𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟
 
𝑃𝑚𝑎𝑥,𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 > 𝑃𝑖𝑛,𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 > 𝑃𝑖𝑛,𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟 
• Ecuación de corriente de fase máxima: 
𝐼𝑓𝑎𝑠𝑒,𝑟𝑚𝑠 = √2 ∗
𝑃𝑖𝑛,𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟
𝑉𝑏𝑎𝑡𝑡𝑒𝑟𝑦 ∗ cos(𝜑)
∗
1
√3
 
12. ALTERNATIVAS 
Se generaron 3 alternativas posibles, con los conceptos que se encontraron en la tabla 7. 
Estas serán describirán, con ayuda de las ecuaciones de dimensionamiento del inciso 
anterior para compararlas y encontrar la mejor con las matrices de evaluación. 
12.1. Alternativa N°1 
Está conformada de una celda, la cual la combinación de varias de estas hará parte de la 
batería, que su función es ser el sistema de almacenamiento. Se tomo un motor síncrono 
de imanes permanentes, que según DMC tiene un densidad de torque alta, eficiencia 
elevada, pero es costoso [44], Anexo 9. Y un inversor DC-AC que puede transformar la 
corriente directa de la batería en corriente alterna para el motor. 
• Sistema de almacenamiento de energía: 
Se escogieron celdas de batería, Thunder sky Winston TSWB – LYP 90AHA, de los 
cuales se tomaron los siguientes datos de su ficha técnica, Anexo 10 [45]. 
 
 
31 
 
Figura 25. Celda de batería Thunder Sky Winston TSWB-LYP 90 AHA [45] 
 
Tabla 11. Propiedades de la celda de batería 
 
Tabla 12. Dimensionamiento de la celda de batería 
• Sistema de transformación de energía: 
Se escogió el motor PMSM, de Engiro 260W-10020-ABC, del cual se tomaron los 
siguientes datos de su ficha técnica, Anexo 11 [46]. 
 
 
32 
 
Figura 26. Motor Engiro 260W-10020-ABC [46] 
 
Tabla 13. Propiedades del motor 
 
Tabla 14. Dimensionamiento del motor 
• Sistema de transformación de corriente: 
Se escogió un inversor DC-AC, de John Deere PD400 Single, del cual se tomaron los siguientes 
datos de su ficha técnica, Anexo 12 [47]. 
 
Figura 27. Inversor John Deere PD400 Single [47] 
 
 
33 
 
Tabla 15. Propiedades del inversor 
 
Tabla 16. Dimensionamiento del inversor 
12.2. Alternativa N°2 
Está conformada de un módulo de batería, la cual es una sola celda. Se tomo un motor 
síncrono de imanes en la superficie, que según DMC tiene un densidad de torque baja, 
eficiencia media, pero es barato [44], Anexo 9. Y un inversor universal que puede 
transformar la corriente en directa y alterna. 
• Sistema de almacenamiento de energía: 
Se escogió un módulo de batería, Thunder Sky Winston TSWB – LYP 10000AHA, de 
los cuales se tomaron los siguientes datos de su ficha técnica, Anexo 13 [48]. 
 
Figura 27. Modulo de batería Thunder Sky Winston TSWB-LYP 10000 AHA [48] 
 
 
34 
 
Tabla 17. Propiedades del módulo de batería 
 
Tabla 18. Dimensionamiento del módulo de batería 
• Sistema de transformación de energía: 
Se escogió el motor SRM, de YASA P400, del cual se tomaron los siguientes datos de su 
ficha técnica, Anexo 14 [49]. 
 
Figura 28. Motor YASA P400 [49] 
 
 
35 
 
Tabla 19. Propiedades del motor 
 
Tabla 20. Dimensionamiento del motor 
• Sistema de transformación de corriente: 
Se escogió un inversor universal, de John Deere PD400 Dual, del cual se tomaron los siguientes 
datos de su ficha técnica, Anexo 15 [47]. 
 
Figura 27. Inversor John Deere PD400 Dual [47] 
 
Tabla 21. Propiedades del inversor 
 
 
36 
 
Tabla 22. Dimensionamiento del inversor 
12.3. Alternativa N°3 
Está conformada de un celdas de batería, la cual la combinación de varias de estas hará 
parte de la batería. Se tomo un motor asíncrono, que según DMC tiene un densidad de 
torque baja, eficiencia media, pero es barato [44], Anexo 9. Y un inversor DC-AC que 
puede transformar la corriente en directa en alterna. 
• Sistema de almacenamiento de energía: 
Se escogieron celdas de batería, Thunder sky Winston TSWB – LYP 40AHA, de los 
cuales se tomaron los siguientes datos de su ficha técnica, Anexo 16 [50]. 
 
Figura 25. Celda de batería Thunder Sky Winston TSWB-LYP 40 AHA [50] 
 
Tabla 23. Propiedades de la celda de batería 
 
 
37 
 
Tabla 24. Dimensionamiento de la celda de batería 
• Sistema de transformación de energía: 
Se escogió el motor AC, de EMRAX 228 Axial flux, del cual se tomaron los siguientes 
datos de su ficha técnica, Anexo 17 [51]. 
 
Figura 31. Motor EMRAX 228 Axial Flux 
 
Tabla 25. Propiedades del motor 
 
Tabla 26. Dimensionamiento del motor 
 
 
38 
• Sistema de transformación de corriente: 
Se escogió un inversor DC-AC, de Cobra Pro 3000W, del cual se tomaron los siguientes datos de 
su ficha técnica, Anexo 18 . 
 
Figura 32. Inversor Cobra Pro 3000W 
 
Tabla 27. Propiedades del inversor 
 
Tabla 28. Dimensionamiento del inversor 
11.4. Comparación entre las tres alternativas 
 
Tabla 19. Ventajas y desventajas de las alternativas 
 
 
39 
11.5. Matriz 2x2 
 
Figura 33. Matriz 2x2 
Gracias a la matriz 2x2, se logra identificar los criterios de selección con mayor peso. 
Que son las que hay que darles mayor importancia, en este caso los criterios de 
selección son alta capacidad de almacenamiento en la batería con 13,45%, alta potencia 
en el motor con 13,45% y bajo peso en la batería con 12,18%. 
11.6. Matriz QFD 
En la matriz QFD se presentan diferentes módulos, los cuales ayudaran a especificar 
información importante para tener en cuenta en nuestro diseño. 
11.6.1. Módulo 1 y 2: 
En estos dos módulos se observan las necesidades del cliente junto con la importancia o 
peso que se obtuvo en la matriz 2x2. 
 
 
40 
 
Figura 34. Módulo 1 y 2 de la matriz QFD 
11.6.2. Módulo 3 y 4: 
En estos módulos, se observan las métricas escogidas donde en la parte de arriba se 
escogió que métricas se quieren maximizar, minimizar o alcanzar el valor meta que se 
propuso. En la siguiente parte del módulo, que sería la parte media, se observa las que tan 
tanta relación tiene las métricas con las necesidades del cliente. Donde la que más 
relaciones tuvo fue la necesidad de que los componentes logren hacer todos los recorridos 
diarios que necesita la empresa. 
 
Figura 35. Módulo 3 y 4 de la matriz QFD 
 
 
41 
11.6.3. Módulo 5: 
En el módulo 5 vemos la comparativa del diseño que se está planteando con la 
competencia antes utilizada. Se observa que el diseño puede ser muy competitivo contra 
el resto debido a que tiene pocos puntos bajos y muchos puntos medios o altos. 
 
Figura 36. Módulo 5 de la matriz QFD 
11.6.4. Módulo 6: 
En el módulo 6, se observan los valores metas que se quieren alcanzar. También, que tan 
difícil sería alcanzar estos valore de las métricas, observando que los más difíciles serían 
las más difíciles serían las métricas relacionadas con el motor. Por último, la importancia 
o peso de las métricas propuestas. 
 
Figura 37. Módulo 6 de la matriz QFD 
 
 
42 
11.6.5. Módulo 7: 
Por último, en este módulo se observa las correlaciones que se presentan entre una métrica 
y la otra. Donde se observa que existen muy pocas correlaciones negativas entre las 
métricas. Y la que más correlaciones tiene con respecto al resto es la del costo de los 
componentes y el ensamblaje del diseño. 
 
Figura 38. Módulo 7 de la matriz QFD 
11.7. Matriz AHP 
En esta matriz se evaluarán los criterios de selección obtenidos en la matriz 2x2. 
11.7.1. Criterio 1: Alta capacidad de almacenamiento en la batería 
 
Figura 39. Criterio 1 de la matriz AHP 
 
 
 
 
 
43 
11.7.2. Criterio 2: Alta potencia del motor 
 
Figura 40. Criterio 2 de la matriz AHP 
11.7.3. Criterio 3: Bajo peso de la bateríaFigura 41. Criterio 3 de la matriz AHP 
11.7.4. Comparación de criterios 
 
Figura 42. Matriz de comparación de criterios de la matriz AHP 
11.7.5. Resultado 
 
Figura 43. Resultado de la matriz AHP 
12. ALTERNATIVA SELECCIONADA 
Luego de realizar la evaluación de cada alternativa y compararlas entre si con cada uno 
de los criterios de selección definidos y de dimensionamiento preliminar, se realizó la 
selección de la alternativa más adecuada, la cual fue la alternativa Nº1. Esto es debido a 
que esta presenta una alta capacidad de almacenamiento de la batería al mismo tiempo 
 
 
44 
teniendo un peso bajo, además de una alta potencia de motor. Esta alternativa cumple 
también los criterios de dimensionamiento preliminares en términos de potencias de 
entrada de motor e inversor y en que la combinación de celdas cumple en dar la energía 
requerida de diseño y la potencia máxima requerida por el ciclo. Por último, se notó que 
tiene un rpm alto, pero más controlable que el resto por medio de un controlador de voltaje 
para reducirlo y no afecte tanto los engranajes de transmisión. 
12.2. Nuevo ciclo con los componentes de la alternativa seleccionada 
Después de haber escogido la alternativa Nº1, se tiene que realizar de nuevo la simulación 
para encontrar los valores reales de dimensionamiento de esta, con la masa de los 
componentes seleccionados. Se observarán cambios en la fuerza, potencia, energía y 
dimensionamiento requeridos, con respecto a los preliminares. 
Primero tenemos un cambio en la masa del Renault Duster, debido a que se retirara el 
motor de combustión interna, de 150 kg , y el tanque de gasolina, de 50L = 50 kg, más el 
resto de los componentes asociados a estos 70 kg. Se le agregara las masas preliminares 
de los componentes de la alternativa seleccionada. 
 
Tabla 20. Nueva masa del vehículo 
 
 
45 
 
Figura 44. Nueva gráfica de fuerzas 
 
Figura 15. Nueva gráfica de potencias 
 
Figura 46. Nueva gráfica de energías 
 
 
 
46 
Los nuevos máximos son los siguientes: 
 
Tabla 31. Nuevas máximos de propiedades 
La nueva energía de diseño sería: 
𝐸𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 =
1
𝐷𝑜𝐷
∗
𝑅𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜
𝑆𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜
∗ 𝐸𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 = 55,53⁡𝑘𝑊ℎ 
Ahora se realizó el nuevo dimensionamiento de la alternativa: 
• Sistema de almacenamiento de energía: 
 
Figura 25. Celda de batería Thunder Sky Winston TSWB-LYP 90 AHA [45] 
 
Tabla 11. Propiedades de la celda de batería 
 
 
47 
 
Tabla 32. Nuevo dimensionamiento de la celda de batería 
Se logra observar que la diferencia es casi de 10 celdas y 10 kg con el dimensionamiento 
preliminar, lo cual no es un cambio muy drástico. 
Se escoge ahora la configuración del paquete de baterías, para poder brindar el suficiente voltaje 
y corriente al motor, donde tendremos 158 celdas en serie (158s) y 6 en paralelo (6p), para 
cubrir el funcionamiento nominal del motor. 
𝑉𝑡𝑜𝑡 = 158 ∗ 3,8 = 600,4⁡𝑉 
𝐴ℎ = 6 ∗ 90 = 540⁡𝐴𝐻 
• Sistema de transformación de energía: 
Se escogió el motor PMSM, de Engiro 260W-10020-ABC, del cual se tomaron los 
siguientes datos de su ficha técnica, Anexo 11 [46]. 
 
Figura 26. Motor Engiro 260W-10020-ABC [46] 
 
Tabla 13. Propiedades del motor 
 
 
48 
 
Tabla 14. Dimensionamiento del motor 
Al motor se le agregara un controlador de voltaje y corriente, capaz de bajar el voltaje, la corriente 
y los rpm para un mejor funcionamiento de los engranajes de transmisión. Se necesita que los 
baje a 1300 rpm. Se usará un speed PMS controller de DMC [54], que trabaja con voltajes de 
96/120 V y 500 A. 
 
Figura 27. DMC speed PMS controller [54] 
• Sistema de transformación de corriente: 
Se escogió un inversor DC-AC, de John Deere PD400 Single, del cual se tomaron los siguientes 
datos de su ficha técnica, Anexo 12 [47]. 
 
Figura 27. Inversor John Deere PD400 Single [47] 
 
 
49 
 
Tabla 15. Propiedades del inversor 
 
Tabla 33. Nuevo dimensionamiento del inversor 
 
12.2. Presupuesto diseño básico 
 
Tabla 33. Presupuesto diseño básico [58] [55] [56] [57] 
1. DISEÑO DETALLADO 
Para hacer el diseño detallado del proyecto, se escogió el subsistema de transmisión. En 
el cual se enfocó en tres componentes esenciales para esta función: el eje, los engranajes 
y los rodamientos [59] [60] [61] [62]. 
3.1. Eje 
Para el dimensionamiento de ejes se tuvo en cuenta que la transmisión se diseñara con 3 
etapas, por lo que se requerirán 3 ejes. 
Las variables que se utilizaron son: 
𝐹𝑆⁡(𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟⁡𝑑𝑒⁡𝑠𝑒𝑔𝑢𝑟𝑖𝑑𝑎𝑑) ⁡= ⁡1,5 
 
 
50 
Sys (Esfuerzo de fluencia a la torsión) =0,577 ⋅ 𝑆𝑦 [Mpa] tomado de Shigley [59] 
𝑆𝑦𝑠⁡(𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜⁡𝑑𝑒⁡𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎⁡𝑎⁡𝑙𝑎⁡𝑡𝑜𝑟𝑠𝑖ó𝑛) = 0,577 ⋅ 𝑆𝑦 [𝑀𝑝𝑎]⁡𝑡𝑜𝑚𝑎𝑑𝑜⁡𝑑𝑒⁡𝑆ℎ𝑖𝑔𝑙𝑒𝑦 
[59] 
𝑃⁡(𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎⁡𝑑𝑒𝑙⁡𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟) = ⁡141⁡𝑘𝑊 
𝑅𝑃𝑀⁡(𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑⁡𝑑𝑒⁡𝑔𝑖𝑟𝑜⁡𝑑𝑒𝑙⁡𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟) ⁡= ⁡𝑅𝑃𝑀 
𝑑 = 215,4 ⋅ [
5 ⋅ 𝐹𝑆 ⋅ 𝑃(𝑘𝑊)
𝑅𝑃𝑀 ⋅ 𝑆𝑦𝑠
]
1
3
⁡ [𝑚𝑚] 
Se diseño un eje para cada etapa: 
Etapa 1: 
Sys=0,577*1430=825,11 Mpa 
𝑑𝑚𝑖𝑛 = 215,4 ⋅ [
5 ⋅ 1,5 ⋅ 141
650 ⋅ 825,11
]
1
3
= 27,01 𝑚𝑚 
Etapa 2: 
Sys=0,577*1430=825,11 Mpa 
𝑑𝑚𝑖𝑛 = 215,4 ⋅ [
5 ⋅ 1,5 ⋅ 141
325 ⋅ 825,11
]
1
3
= 33,86 𝑚𝑚 
Etapa 3: 
Sys=0,577*1430=825,11 Mpa 
𝑑𝑚𝑖𝑛 = 215,4 ⋅ [
5 ⋅ 1,5 ⋅ 141
165 ⋅ 825,11
]
1
3
= 42,66 𝑚𝑚 
3.2. Engranajes 
Para el diseño de engranajes se tiene una relación de transmisión global de 8, ya que la velocidad 
transmitida por el motor es 1300 RPM y se bajara a 165 RPM. 
𝐼𝑔𝑙𝑜𝑏𝑎𝑙 =
1300
165
= 8 
Se utilizarán 3 etapas con relación de transmisión de 2 cada una y se utilizarán engranajes 
helicoidales y se usara, a continuación, se mostrarán los cálculos de la primera etapa: 
 
 
51 
Se utilizarán 3 etapas con relación de transmisión de 2 cada una y se utilizarán engranajes 
helicoidales y se usara AISI 4140 templado y revenido a 600 °F para el material de los engranajes, 
a continuación, se mostrarán los cálculos de la primera etapa: 
Primero tenemos un redimensionamiento donde calculamos el módulo a partir de: 
𝑚 = √
218 ⋅ 𝐹𝑆 ⋅ 𝑃
𝑁𝑝 ⋅ 𝓌 ⋅ 𝑆𝑦𝑠
3
 
Donde, 
FS (factor de seguridad) = 1,5 
Sys (Esfuerzo de fluencia a la torsión en Mpa) =825,11 Mpa tomado de Shigley . 
P (potencia del motor en W) = 141000W 
𝓌 (velocidad de giro más crítica de la etapa en RPS) = 21,67 RPS 
Np (Numero de dientes del piñón) = 16 
Para obtener un valor de m = 6 
Además, se toma un ángulo de hélice (𝜓 ) de 15° y ángulo de presión (𝜙 ) de 20°. 
Ya con estos valores podemos calcular el diámetro primitivo del piñón. 
𝑑𝑝 =
𝑚 ⋅ 𝑁𝑝
cos(𝜓)
=
6 ⋅ 16
cos(15)
= 99𝑚𝑚 
Luego calculamos el paso diametral (Pd) 
𝑃𝑑 =
𝑁𝑝
𝑑𝑝(𝑖𝑛)
=
16
99
25.4
= 4,09 𝑖𝑛−1 
Ahora calculamos el diámetro primitivo del engranaje, teniendo en cuenta que se tomara el mismo 
ángulo de hélice (15°), ángulo de presión (20°) y que como la relación de transmisión de la 
primera etapa es de 2, el Ng = Np*2 = 16*2 =32. 
𝑑𝑔 =
𝑚 ⋅ 𝑁𝑔
cos(𝜓)
=
6 ⋅ 32
cos(15)
= 199𝑚𝑚 
Ahora calculamos el paso diametral del engranaje. 
𝑃𝑔 =
𝑁𝑔
𝑑𝑔(𝑖𝑛)
=
32
199
25.4
= 4,09 𝑖𝑛−1 
 
 
52 
Ya que prediseñamos la etapa se procede a calcular los esfuerzos, primero vamos con el esfuerzo 
de flexión, los cálculos se hacen para el piñón en la etapa ya que este es el más crítico. 
Primero necesitamos la velocidad en FPM y la calculamos de la siguiente manera: 
𝑉(𝐹𝑃𝑀) =
60 ⋅ 𝑑𝑝(𝑖𝑛) ⋅ 𝜔(𝑅𝑃𝑀)
12
= 1331,7𝐹𝑃𝑀 
Con esto calculamos la fuerza tangencial (Ft): 
𝐹𝑡 = 33000 ⋅
𝑃(ℎ𝑝)
𝑉(𝐹𝑃𝑀)
= 4685,57 𝑙𝑏 
Ahora calculamos el paso diametral axial: 
𝑃𝑎 =
𝜋
𝑃𝑑 ⋅ tan(𝜓)
= 2,86 𝑖𝑛 
Con esto podemos dimensionar el ancho de cara b: 
𝑏 = 𝑃𝑎 ⋅ 1.5 = 4,3 𝑖𝑛 
Ahora procedemos a buscar los factores para calcular el esfuerzo: 
J (factor de geometría) = 0,4128 Tomado de la figura 16.8 del Juvinall . 
𝐾𝑣 = √
78 +√𝑉(𝐹𝑃𝑀)
78
= 1,21 
Ko (factor de corrección de sobrecarga) = 1,25Tomado de la tabla 15.1 del Juvinall 
Km (factor de distribución de carga) = 1,3 Tomado de la tabla 15.2 del Juvinall 
Ya con todo esto procedemos a calcular el esfuerzo: 
𝜎 =
𝐹𝑡 ⋅ 𝑃
𝑏 ⋅ 𝐽
⋅ 𝐾𝑣 ⋅ 𝐾𝑜 ⋅ 0.93 ⋅ 𝐾𝑚 = 19758,96 𝑃𝑆𝐼 
Ahora procedemos a calcular el esfuerzo permisible para calcular así el factor de seguridad por 
esfuerzos de flexión. 
Primero calculamos el N° de ciclos en la vida del engranaje: 
𝑁°(𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠) = 𝑡𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑒𝑛 ℎ 𝑎𝑙 𝑎ñ𝑜 ⋅ 60 ⋅ 𝑉(𝑅𝑃𝑀) ⋅ 𝑁°𝑎ñ𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑑𝑎 = 7,9 ⋅ 10
8 
Ahora hallamos los siguientes factores : 
𝐾𝐿 = 1.3558 ⋅ (𝑁°(𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠))
−0.0178
= 0,94 
 
 
53 
Kt (factor de temperatura) = 1 para temperaturas normales de operación máx. 250 °F 
Kr (Factor de confiabilidad) =1 Para una confiabilidad del 99% 
Se define la dureza del material 445 HB, para el AISI 4140 templado y revenido a 600 °F 
𝑆𝑓𝑏
′ = 6235 + 174𝐻𝐵 − 0.126𝐻𝐵2 = 58713,85 𝑃𝑆𝐼 (Resistencia a la fatiga) 
𝑆𝑓𝑏 = 𝑆𝑓𝑏
′ ⋅
𝐾𝐿
𝐾𝑇𝐾𝑅
= 55269,9 𝑃𝑆𝐼 (Resistencia a la fatiga corregida) 
𝐹𝑆 =
𝑆𝑓𝑏
𝜎
= 2,79 
Con este factor de seguridad se puede concluir que esta etapa de engranajes no fallara por flexión. 
Ahora vamos a calcular el factor de seguridad para falla superficial 
Debemos calcular algunos factores 
I (factor de geometría) para esto necesitamos radio de curvatura del piñón y del engranaje 
 
𝜌𝑝 = √(𝑟𝑝 +
1 + 𝑥𝑝
𝑃𝑑
)
2
− (𝑟𝑝 ⋅ cos(𝜙))
2
−
𝜋
𝑃𝑑
cos(𝜙) = 1,95 𝑖𝑛 
𝜌𝑔 = 𝐶 ⋅ 𝑠𝑒𝑛(𝜙) − 𝜌𝑝 = 1,52 
Donde, 
rp=radio de paso del piñón 
Xp=Coeficiente de adendo del piñón para un adendo normal es = 0 
C=distancia entre centros de los engranes 
𝐼 =
cos(𝜙)
(
1
𝜌𝑝
+
1
𝜌𝑔
) 𝑑𝑝
= 0,088 
Cp es el coeficiente elástico y se deben tener en cuenta los siguientes parámetros 
𝜈𝑝𝑖ñ𝑜𝑛(𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑖𝑠𝑠𝑜𝑛) = 0,28 
𝜈𝑒𝑛𝑔𝑟𝑎𝑛𝑎𝑗𝑒(𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑖𝑠𝑠𝑜𝑛) = 0,28 
𝐸𝑝𝑖ñ𝑜𝑛(𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑) = 29,2 ⋅ 10
6𝑃𝑆𝐼 
𝐸𝑒𝑛𝑔𝑟𝑎𝑛𝑎𝑗𝑒(𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑) = 29,2 ⋅ 10
6𝑃𝑆𝐼 
 
 
54 
𝐶𝑝 =
√
1
𝜋 ⋅ (
1 − 𝜈𝑝
2
𝐸𝑝
+
1 − 𝜈𝑔
2
𝐸𝑔
)
= 2245,6 
Co (factor de corrección de sobrecarga) = 1,25 
Cm (Factor de distribución de carga) =1,3 
Cv (Factor dinámico igual que Kv) = 1,21 
Cs (Factor de tamaño) =1 
Cf (factor de acabado superficial) = 1 
Ahora ya con todos los factores calculamos el esfuerzo superficial: 
 
𝜎𝑐 = 𝐶𝑝  √
𝐹𝑡 ⋅ 𝐶𝑎 ⋅ 𝐶𝑚 ⋅ 𝐶𝑠 ⋅ 𝐶𝑓
𝑏 ⋅ 𝐼 ⋅ 𝑑 ⋅ 𝐶𝑣
= 142423 𝑃𝑆𝐼 
Ahora calculamos el esfuerzo permisible 
𝑆𝑓𝑐
′ = 27000 + 364𝐻𝐵 =  188980𝑃𝑆𝐼 
𝐶𝐿 = 1,4488 ⋅ 𝑁°𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠
−0.023 = 0,90 
𝐶𝑇 = 𝐾𝑇 = 1 
𝐶𝑅 = 𝐾𝑅 = 1 
𝑆𝑓𝑐 = 𝑆𝑓𝑐
′ ⋅
𝐶𝐿𝐶𝐻
𝐶𝑇𝐶𝑅
= 170879 𝑃𝑆𝐼 
𝐶𝐻 = 1;  𝐶𝑜𝑚𝑜 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑑𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎𝑠 𝑒𝑠 < 1,2 𝑠𝑒 𝑡𝑜𝑚𝑎 𝑎
= 0 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝐶𝐻 𝑒𝑠 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙 𝑎 1 
𝐹𝑆 = (
𝑆𝑓𝑐
𝜎𝑐
)
2
= 1.44 
Con este factor de seguridad se puede concluir que esta etapa de engranajes no fallara por esfuerzo 
superficial. 
 
 
 
 
 
55 
Para la etapa 2 
Primero tenemos un redimensionamiento donde calculamos el módulo a partir de: 
𝑚 = √
218 ⋅ 𝐹𝑆 ⋅ 𝑃
𝑁𝑝 ⋅ 𝓌 ⋅ 𝑆𝑦𝑠
3
 
Donde, 
𝐹𝑆⁡ = ⁡1,5 
𝑆𝑦𝑠⁡⁡ = 825,11⁡𝑀𝑃𝑎⁡𝑡𝑜𝑚𝑎𝑑𝑜⁡𝑑𝑒⁡𝑆ℎ𝑖𝑔𝑙𝑒𝑦⁡(Budynas⁡&⁡Nisbett, 2012).Sys (Esfuerzo de 
fluencia a la torsión en Mpa) =825,11 Mpa tomado de Shigley [59]. 
𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 ⁡= ⁡141000𝑊 
𝓌𝑐𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑎 ⁡= ⁡21,67⁡𝑅𝑃𝑆 
𝑁𝑝⁡(𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜⁡𝑑𝑒⁡𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠⁡𝑑𝑒𝑙⁡𝑝𝑖ñó𝑛) ⁡= ⁡16 
𝑃𝑎𝑟𝑎⁡𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑒𝑟⁡𝑢𝑛⁡𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟⁡𝑑𝑒⁡𝑚⁡ = ⁡7 
Además, se toma un ángulo de hélice (𝜓 ) de 15° y ángulo de presión (𝜙 ) de 20°. 
Ya con estos valores podemos calcular el diámetro primitivo del piñón. 
𝑑𝑝 =
𝑚 ⋅ 𝑁𝑝
cos(𝜓)
=
6 ⋅ 16
cos(15)
= 116⁡𝑚𝑚 
Luego calculamos el paso diametral (Pd) 
𝑃𝑑 =
𝑁𝑝
𝑑𝑝(𝑖𝑛)
=
16
116
25,4
= 3,50 𝑖𝑛−1 
Ahora calculamos el diámetro primitivo del engranaje, teniendo en cuenta que se tomara el 
mismo ángulo de hélice (15°), ángulo de presión (20°) y que como la relación de transmisión 
de la primera etapa es de 2, el Ng = Np*2 = 16*2 =32. 
𝑑𝑔 =
𝑚 ⋅ 𝑁𝑔
cos(𝜓)
=
7 ⋅ 32
cos(15)
= 231,9⁡𝑚𝑚 
Ahora calculamos el paso diametral del engranaje. 
𝑃𝑔 =
𝑁𝑔
𝑑𝑔(𝑖𝑛)
=
32
231,9
25,4
= 3,50 𝑖𝑛−1 
 
 
56 
Ya que prediseñamos la etapa se procede a calcular los esfuerzos, primero vamos con el 
esfuerzo de flexión, los cálculos se hacen para el piñón en la etapa ya que este es el más 
crítico. 
Primero necesitamos la velocidad en FPM y la calculamos de la siguiente manera: 
𝑉(𝐹𝑃𝑀) =
60 ⋅ 𝑑𝑝(𝑖𝑛) ⋅ 𝜔(𝑅𝑃𝑀)
12
= 776,82⁡𝐹𝑃𝑀 
Con esto calculamos la fuerza tangencial (Ft): 
𝐹𝑡 = 33000 ⋅
𝑃(ℎ𝑝)
𝑉(𝐹𝑃𝑀)
= 8032,41 𝑙𝑏 
Ahora calculamos el paso diametral axial: 
𝑃𝑎 =
𝜋
𝑃𝑑 ⋅ tan(𝜓)
= 3,35⁡𝑖𝑛 
Con esto podemos dimensionar el ancho de cara b: 
𝑏 = 𝑃𝑎 ⋅ 1,5 = 5,02 𝑖𝑛 
Ahora procedemos a buscar los factores para calcular el esfuerzo: 
J (factor de geometría) = 0,4128 Tomado de la figura 16.8 del Juvinall . 
𝐾𝑣 = √
78 +√𝑉(𝐹𝑃𝑀)
78
= 1,17 
Ko (factor de corrección de sobrecarga) = 1,25 Tomado de la tabla 15.1 del Juvinall 
Km (factor de distribución de carga) = 1,3 Tomado de la tabla 15.2 del Juvinall 
Ya con todo esto procedemos a calcular el esfuerzo: 
𝜎 =
𝐹𝑡 ⋅ 𝑃
𝑏 ⋅ 𝐽
⋅ 𝐾𝑣 ⋅ 𝐾𝑜 ⋅ 0,93 ⋅ 𝐾𝑚 = 23930,68 𝑃𝑆𝐼 
Ahora procedemos a calcular el esfuerzo permisible para calcular así el factor de seguridad 
por esfuerzos de flexión. 
Primero calculamos el N° de ciclos en la vida del engranaje: 
𝑁°(𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠) = 𝑡𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑒𝑛 ℎ 𝑎𝑙 𝑎ñ𝑜 ⋅ 60 ⋅ 𝑉(𝑅𝑃𝑀) ⋅ 𝑁°𝑎ñ𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑑𝑎 = 4 ⋅ 10
8 
Ahora hallamos los siguientes factores : 
𝐾𝐿 = 1,3558 ⋅ (𝑁°(𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠))
−0.0178
= 0,953 
 
 
57 
𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟⁡𝑑𝑒⁡𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎⁡𝐾𝑡 ⁡= ⁡1 ; para temperaturas normales de operación máx.250 °F 
Kr (Factor de confiabilidad) =1 Para una confiabilidad del 99% 
Se define la dureza del material 445 HB, para el AISI 4140 templado y revenido a 600 °F 
𝑆𝑓𝑏
′ = 6235 + 174𝐻𝐵 − 0,126𝐻𝐵2 = 58713,85 𝑃𝑆𝐼 (Resistencia a la fatiga) 
𝑆𝑓𝑏 = 𝑆𝑓𝑏
′ ⋅
𝐾𝐿
𝐾𝑇𝐾𝑅
= 55956,05 𝑃𝑆𝐼 (Resistencia a la fatiga corregida) 
𝐹𝑆 =
𝑆𝑓𝑏
𝜎
= 2,34 
Con este factor de seguridad se puede concluir que esta etapa de engranajes no fallara por 
flexión. 
Ahora vamos a calcular el factor de seguridad para falla superficial 
Debemos calcular algunos factores 
I (factor de geometría) para esto necesitamos radio de curvatura del piñón y del engranaje 
 
𝜌𝑝 = √(𝑟𝑝 +
1 + 𝑥𝑝
𝑃𝑑
)
2
− (𝑟𝑝 ⋅ cos(𝜙))
2
−
𝜋
𝑃𝑑
cos(𝜙) = 2,28 𝑖𝑛 
𝜌𝑔 = 𝐶 ⋅ 𝑠𝑒𝑛(𝜙) − 𝜌𝑝 = 1,77 
Donde, 
rp=radio de paso del piñón 
Xp=Coeficiente de adendo del piñón para un adendo normal es = 0 
C=distancia entre centros de los engranes 
𝐼 =
cos(𝜙)
(
1
𝜌𝑝
+
1
𝜌𝑔
) 𝑑𝑝
= 0,088 
Cp es el coeficiente elástico y se deben tener en cuenta los siguientes parámetros 
𝜈𝑝𝑖ñ𝑜𝑛(𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑖𝑠𝑠𝑜𝑛) = 0,28 
𝜈𝑒𝑛𝑔𝑟𝑎𝑛𝑎𝑗𝑒(𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑖𝑠𝑠𝑜𝑛) = 0,28 
𝐸𝑝𝑖ñ𝑜𝑛(𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑) = 29,2 ⋅ 10
6𝑃𝑆𝐼 
 
 
58 
𝐸𝑒𝑛𝑔𝑟𝑎𝑛𝑎𝑗𝑒(𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑) = 29,2 ⋅ 10
6𝑃𝑆𝐼 
𝐶𝑝 =
√
1
𝜋 ⋅ (
1 − 𝜈𝑝
2
𝐸𝑝
+
1 − 𝜈𝑔
2
𝐸𝑔
)
= 2245,6 
Ca (factor de corrección de sobrecarga) = 1,25 
Cm (Factor de distribución de carga) =1.3 
Cv (Factor dinámico igual que Kv) = 1,17 
Cs (Factor de tamaño) =1 
Cf (factor de acabado superficial) = 1 
Ahora ya con todos los factores calculamos el esfuerzo superficial: 
 
𝜎𝑐 = 𝐶𝑝  √
𝐹𝑡 ⋅ 𝐶𝑎 ⋅ 𝐶𝑚 ⋅ 𝐶𝑠 ⋅ 𝐶𝑓
𝑏 ⋅ 𝐼 ⋅ 𝑑 ⋅ 𝐶𝑣
= 159247,83 𝑃𝑆𝐼 
Ahora calculamos el esfuerzo permisible 
𝑆𝑓𝑐
′ = 27000 + 364𝐻𝐵 =  188980𝑃𝑆𝐼 
𝐶𝐿 = 1,4488 ⋅ 𝑁°𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠
−0.023 = 0.92 
𝐶𝑇 = 𝐾𝑇 = 1 
𝐶𝑅 = 𝐾𝑅= 1 
𝑆𝑓𝑐 = 𝑆𝑓𝑐
′ ⋅
𝐶𝐿𝐶𝐻
𝐶𝑇𝐶𝑅
= 173625,1 𝑃𝑆𝐼 
𝐶𝐻 = 1;  𝐶𝑜𝑚𝑜 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑑𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎𝑠 𝑒𝑠 < 1,2 𝑠𝑒 𝑡𝑜𝑚𝑎 𝑎 =
0 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝐶𝐻 𝑒𝑠 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙 𝑎 1 
𝐹𝑆 = (
𝑆𝑓𝑐
𝜎𝑐
)
2
= 1.19 
Con este factor de seguridad se puede concluir que esta etapa de engranajes no fallara por esfuerzo 
superficial. 
Para la etapa 3 
Primero tenemos un redimensionamiento donde calculamos el módulo a partir de: 
 
 
59 
𝑚 = √
218 ⋅ 𝐹𝑆 ⋅ 𝑃
𝑁𝑝 ⋅ 𝓌 ⋅ 𝑆𝑦𝑠
3
 
Donde, 
FS (factor de seguridad) = 1,5 
Sys (Esfuerzo de fluencia a la torsión en Mpa) =825,11 Mpa tomado de Shigley . 
P (potencia del motor en W) = 141000W 
𝓌 (velocidad de giro más crítica de la etapa en RPS) = 21,67 RPS 
Np (Numero de dientes del piñón) = 16 
Para obtener un valor de m = 9 
Además, se toma un ángulo de hélice (𝜓 ) de 15° y ángulo de presión (𝜙 ) de 20°. 
Ya con estos valores podemos calcular el diámetro primitivo del piñón. 
𝑑𝑝 =
𝑚 ⋅ 𝑁𝑝
cos(𝜓)
=
6 ⋅ 16
cos(15)
= 149⁡𝑚𝑚 
Luego calculamos el paso diametral (Pd) 
𝑃𝑑 =
𝑁𝑝
𝑑𝑝(𝑖𝑛)
=
16
149
25,4
= 2,73 𝑖𝑛−1 
Ahora calculamos el diámetro primitivo del engranaje, teniendo en cuenta que se tomara el 
mismo ángulo de hélice (15°), ángulo de presión (20°) y que como la relación de transmisión 
de la primera etapa es de 2, el Ng = Np*2 = 16*2 =32. 
𝑑𝑔 =
𝑚 ⋅ 𝑁𝑔
cos(𝜓)
=
9 ⋅ 32
cos(15)
= 298,16⁡𝑚𝑚 
Ahora calculamos el paso diametral del engranaje. 
𝑃𝑔 =
𝑁𝑔
𝑑𝑔(𝑖𝑛)
=
32
298,16
25,4
= 2,73 𝑖𝑛−1 
Ya que prediseñamos la etapa se procede a calcular los esfuerzos, primero vamos con el 
esfuerzo de flexión, los cálculos se hacen para el piñón en la etapa ya que este es el más 
crítico. 
Primero necesitamos la velocidad en FPM y la calculamos de la siguiente manera: 
 
 
60 
𝑉(𝐹𝑃𝑀) =
60 ⋅ 𝑑𝑝(𝑖𝑛) ⋅ 𝜔(𝑅𝑃𝑀)
12
= 507,07⁡𝐹𝑃𝑀 
Con esto calculamos la fuerza tangencial (Ft): 
𝐹𝑡 = 33000 ⋅
𝑃(ℎ𝑝)
𝑉(𝐹𝑃𝑀)
= 12305,54 𝑙𝑏 
Ahora calculamos el paso diametral axial: 
𝑃𝑎 =
𝜋
𝑃𝑑 ⋅ tan(𝜓)
= 4,3 𝑖𝑛 
Con esto podemos dimensionar el ancho de cara b: 
𝑏 = 𝑃𝑎 ⋅ 1.5 = 6,5 𝑖𝑛 
Ahora procedemos a buscar los factores para calcular el esfuerzo: 
J (factor de geometría) = 0.4128 Tomado de la figura 16.8 del Juvinall . 
𝐾𝑣 = √
78 +√𝑉(𝐹𝑃𝑀)
78
= 1,14 
Ko (factor de corrección de sobrecarga) = 1,25 Tomado de la tabla 15.1 del Juvinall 
Km (factor de distribución de carga) = 1,3 Tomado de la tabla 15.2 del Juvinall 
Ya con todo esto procedemos a calcular el esfuerzo: 
𝜎 =
𝐹𝑡 ⋅ 𝑃
𝑏 ⋅ 𝐽
⋅ 𝐾𝑣 ⋅ 𝐾𝑜 ⋅ 0.93 ⋅ 𝐾𝑚 = 21609,95 𝑃𝑆𝐼 
Ahora procedemos a calcular el esfuerzo permisible para calcular así el factor de seguridad 
por esfuerzos de flexión. 
Primero calculamos el N° de ciclos en la vida del engranaje: 
𝑁°(𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠) = 𝑡𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑒𝑛 ℎ 𝑎𝑙 𝑎ñ𝑜 ⋅ 60 ⋅ 𝑉(𝑅𝑃𝑀) ⋅ 𝑁°𝑎ñ𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑑𝑎 = 2 ⋅ 10
8 
Ahora hallamos los siguientes factores : 
K_L=1,3558⋅(N°_((ciclos))) ^ (-0.0178) =0.96 
Kt (factor de temperatura) = 1 para temperaturas normales de operación máx. 
250 °F 
Kr (Factor de confiabilidad) =1 Para una confiabilidad del 99% 
 
 
61 
Se define la dureza del material 445 HB, para el AISI 4140 templado y revenido a 600 °F 
S_fb^'=6235+174HB-0.126HB^2=58713,85 PSI (Resistencia a la fatiga) 
S_fb=S_fb^'⋅K_L/ (K_T K_R) =56635,32 PSI (Resistencia a la fatiga 
corregida) 
FS=S_fb/σ=2.62 
Con este factor de seguridad se puede concluir que esta etapa de engranajes no fallara por 
flexión. 
Ahora vamos a calcular el factor de seguridad para falla superficial 
Debemos calcular algunos factores 
I (factor de geometría) para esto necesitamos radio de curvatura del piñón y del engranaje 
 
𝜌𝑝 = √(𝑟𝑝 +
1 + 𝑥𝑝
𝑃𝑑
)
2
− (𝑟𝑝 ⋅ cos(𝜙))
2
−
𝜋
𝑃𝑑
cos(𝜙) = 2,93 𝑖𝑛 
𝜌𝑔 = 𝐶 ⋅ 𝑠𝑒𝑛(𝜙) − 𝜌𝑝 = 2,28 
Donde, 
𝑟𝑝 = 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜⁡𝑑𝑒⁡𝑝𝑎𝑠𝑜⁡𝑑𝑒𝑙⁡𝑝𝑖ñ𝑜𝑛 
𝑋𝑝 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒⁡𝑑𝑒⁡𝑎𝑑𝑒𝑛𝑑𝑜⁡𝑑𝑒𝑙⁡𝑝𝑖ñ𝑜𝑛⁡𝑝𝑎𝑟𝑎⁡𝑢𝑛⁡𝑎𝑑𝑒𝑛𝑑𝑜⁡𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙⁡𝑒𝑠⁡ = ⁡0 
𝐶 = 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎⁡𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒⁡𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜𝑠⁡𝑑𝑒⁡𝑙𝑜𝑠⁡𝑒𝑛𝑔𝑟𝑎𝑛𝑎𝑗𝑒𝑠 
𝐼 =
cos(𝜙)
(
1
𝜌𝑝
+
1
𝜌𝑔
) 𝑑𝑝
= 0,088 
𝐶𝑝 es el coeficiente elástico y se deben tener en cuenta los siguientes parámetros: 
𝜈𝑝𝑖ñ𝑜𝑛(𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑖𝑠𝑠𝑜𝑛) = 0,28 
𝜈𝑒𝑛𝑔𝑟𝑎𝑛𝑎𝑗𝑒(𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑖𝑠𝑠𝑜𝑛) = 0,28 
𝐸𝑝𝑖ñ𝑜𝑛(𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑) = 29,2 ⋅ 10
6𝑃𝑆𝐼 
𝐸𝑒𝑛𝑔𝑟𝑎𝑛𝑎𝑗𝑒(𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑) = 29,2 ⋅ 10
6𝑃𝑆𝐼 
 
 
62 
𝐶𝑝 =
√
1
𝜋 ⋅ (
1 − 𝜈𝑝
2
𝐸𝑝
+
1 − 𝜈𝑔
2
𝐸𝑔
)
= 2245,6 
𝐶𝑎⁡(𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟⁡𝑑𝑒⁡𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛⁡𝑑𝑒⁡𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎) ⁡= ⁡1,25⁡⁡ 
𝐶𝑚⁡(𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟⁡𝑑𝑒⁡𝑑𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑐𝑖ó𝑛⁡𝑑𝑒⁡𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎) ⁡= 1,3 
𝐶𝑣⁡(𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟⁡𝑑𝑖𝑛á𝑚𝑖𝑐𝑜⁡𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙⁡𝑞𝑢𝑒⁡𝐾𝑣) ⁡= ⁡1,14 
𝐶𝑠⁡(𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟⁡𝑑𝑒⁡𝑡𝑎𝑚𝑎ñ𝑜) ⁡= 1 
𝐶𝑓⁡(𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟⁡𝑑𝑒⁡𝑎𝑐𝑎𝑏𝑎𝑑𝑜⁡𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙) ⁡= ⁡1 
Ahora ya con todos los factores calculamos el esfuerzo superficial: 
 
𝜎𝑐 = 𝐶𝑝  √
𝐹𝑡 ⋅ 𝐶𝑎 ⋅ 𝐶𝑚 ⋅ 𝐶𝑠 ⋅ 𝐶𝑓
𝑏 ⋅ 𝐼 ⋅ 𝑑 ⋅ 𝐶𝑣
= 156097,06 𝑃𝑆𝐼 
Ahora calculamos el esfuerzo permisible 
𝑆𝑓𝑐
′ = 27000 + 364𝐻𝐵 =  188980𝑃𝑆𝐼 
𝐶𝐿 = 1.4488 ⋅ 𝑁°𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠
−0.023 = 0.93 
𝐶𝑇 = 𝐾𝑇 = 1 
𝐶𝑅 = 𝐾𝑅 = 1 
𝑆𝑓𝑐 = 𝑆𝑓𝑐
′ ⋅
𝐶𝐿𝐶𝐻
𝐶𝑇𝐶𝑅
= 176353,31 𝑃𝑆𝐼 
𝐶𝐻 = 1;  𝐶𝑜𝑚𝑜 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑑𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎𝑠 𝑒𝑠 < 1,2 𝑠𝑒 𝑡𝑜𝑚𝑎 𝑎
= 0 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝐶𝐻 𝑒𝑠 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙 𝑎 1 
𝐹𝑆 = (
𝑆𝑓𝑐
𝜎𝑐
)
2
= 1,28 
Con este factor de seguridad se puede concluir que esta etapa de engranajes no fallara por 
esfuerzo superficial. 
3.3. Rodamientos 
Para el diseño de los rodamientos se tuvieron cuenta los siguientes datos de entrada obtenidos 
en el dimensionamiento de los ejes y engranajes: 
 
 
63 
Para la etapa 1: 
Para la etapa 1 se tuvo en cuenta un diámetro de eje mayor al diámetro mínimo, para tener mayor 
facilidad a la hora de escoger el rodamiento adecuado. 
𝐹𝑡 = 20,84⁡𝑘𝑁 
𝜙 = 20° 
𝜓 = 15° 
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑗𝑒 = 650⁡𝑅𝑃𝑀 
𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑒𝑗𝑒 = 30⁡𝑚𝑚 
Para la etapa 2: 
Para la etapa 2 se tuvo en cuenta un diámetro de eje mayor al diámetro mínimo, para tener mayor 
facilidad a la hora de escoger el rodamiento adecuado. 
𝐹𝑡 = 35,73⁡𝑘𝑁 
𝜙 = 20° 
𝜓 = 15° 
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑗𝑒 = 330⁡𝑅𝑃𝑀 
𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑒𝑗𝑒 = 40⁡𝑚𝑚 
Para la etapa 3: 
Para la etapa 3 se tuvo en cuenta un diámetro de eje mayor al diámetro mínimo, para tener mayor 
facilidad a la hora de escoger el rodamiento adecuado. 
𝐹𝑡 = 54,74⁡𝑘𝑁 
𝜙 = 20° 
𝜓 = 15° 
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑗𝑒 = 165⁡𝑅𝑃𝑀 
𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑒𝑗𝑒 = 50⁡𝑚𝑚 
Con estos datos de entrada procederemos a calcular las fuerzas radiales y axiales que son ejercidas 
en el eje con la siguiente formula: 
𝐹𝑟 = 𝐹𝑡 ∗ tan 𝜙 
 
 
64 
𝐹𝑎 = 𝐹𝑡 ∗ tan 𝜓 
Con esto se obtienen las fuerzas radiales y axiales que se ejercen en cada etapa, como se muestra 
a continuación: 
Para la etapa 1: 
𝐹𝑟 = 𝐹𝑡 ∗ tan𝜙 = 20,84⁡𝑘𝑁 ∗⁡tan 20 = 7,59⁡𝑘𝑁 
𝐹𝑎 = 𝐹𝑡 ∗ tan𝜓 = 20,84⁡𝑘𝑁 ∗ tan 15 = 5,58⁡𝑘𝑁 
Para la etapa 2: 
𝐹𝑟 = 𝐹𝑡 ∗ tan 𝜙 = 35,73⁡𝑘𝑁 ∗ ⁡tan 20 = 13⁡𝑘𝑁 
𝐹𝑎 = 𝐹𝑡 ∗ tan𝜓 = 35,73⁡𝑘𝑁 ∗ tan 15 = 9,57⁡𝑘𝑁 
Para la etapa 3: 
𝐹𝑟 = 𝐹𝑡 ∗ tan 𝜙 = 54,74⁡𝑘𝑁 ∗⁡tan 20 = 19,92⁡𝑘𝑁 
𝐹𝑎 = 𝐹𝑡 ∗ tan 𝜓 = 54,74⁡𝑘𝑁 ∗ tan 15 = 14,67⁡𝑘𝑁 
Una vez obtenidos estos datos de entrada procederemos a la selección de los rodamientos 
utilizando las siguientes formulas: 
Vida útil de rodamiento 
𝐿 = 𝐾𝑟 ∗ 𝐿𝑟 ∗ (
𝐶
𝐹𝑒𝐾𝑎
)
3,33
 
En donde, 
𝐿⁡ = ⁡𝑉𝑖𝑑𝑎⁡ú𝑡𝑖𝑙⁡𝑑𝑒⁡𝑙𝑎⁡𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛⁡𝑜⁡𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎⁡𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑙 
𝐾𝑟 = ⁡𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟⁡𝑑𝑒⁡𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑒⁡𝑑𝑒⁡𝑐𝑜𝑛𝑓𝑖𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑⁡ 
𝐿𝑟 = ⁡𝑉𝑖𝑑𝑎⁡ú𝑡𝑖𝑙⁡𝑎⁡𝑐𝑜𝑛𝑓𝑖𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑⁡𝑑𝑒𝑙⁡90% 
𝐶 = ⁡𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑⁡𝑒𝑣𝑎𝑙𝑢𝑎𝑑𝑎⁡𝑑𝑒𝑙⁡𝑟𝑜𝑑𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 
𝐹𝑒 = ⁡𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎⁡𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒𝐾𝑎 = ⁡𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟⁡𝑑𝑒⁡𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 
 
 
65 
En el caso del factor de aplicación 𝐾𝑎 este se obtiene de la siguiente tabla: 
Como en nuestro caso los rodamientos se utilizarán exclusivamente para transmisión, el valor de 
𝐾𝑎 es igual a 1,3. 
Por otro lado, el factor de ajuste de confiabilidad 𝐾𝑟 viene dado gracias a la curva de confiabilidad 
de rodamientos presentada a continuación: 
Para el caso de este proyecto se asumió una confiabilidad del 90%, debido a que es el estándar 
común dentro de la literatura. Por lo que, para este caso 𝐾𝑟 = 1. 
Del mismo modo se obtuvo un valor de 𝐿𝑟 = 90 ∗ 10
6 , ya que este valor corresponde a una carga 
radial constante que el 90% de un grupo de rodamientos, aparentemente iguales, puede soportar 
sin tener fallas por fatiga. 
Finalmente, para la carga equivalente 𝐹𝑒 se tienen diferentes ecuaciones dependiendo al ángulo 
de carga suministrado por el rodamiento como se evidencia a continuación: 
 
Para ∝= 𝟎°: 
Tabla 34. Application Factors Ka [60] 
Figura 48. Reliability factor Kr 
 
 
66 
𝑆𝑖⁡0 <
𝐹𝑡
𝐹𝑟
< 0,35; ⁡⁡𝐹𝑒 = 𝐹𝑟 
𝑆𝑖⁡0,35 <
𝐹𝑡
𝐹𝑟
< 10;⁡𝐹𝑒 = 𝐹𝑟 ∗ [1 + 1,115 ∗ ((
𝐹𝑡
𝐹𝑟
) − 0,35) 
𝑆𝑖⁡
𝐹𝑡
𝐹𝑟
> 10;⁡⁡𝐹𝑒 = 1.176 ∗ 𝐹𝑟 
• Para ∝= 𝟐𝟓°: 
𝑆𝑖⁡0 <
𝐹𝑡
𝐹𝑟
< 0,68⁡;⁡⁡𝐹𝑒 = 𝐹𝑟 
𝑆𝑖⁡0,68 <
𝐹𝑡
𝐹𝑟
< 10;⁡𝐹𝑒 = 𝐹𝑟 ∗ [1 + 0,870 ∗ ((
𝐹𝑡
𝐹𝑟
) − 0,68) 
𝑆𝑖⁡
𝐹𝑡
𝐹𝑟
> 10;⁡⁡𝐹𝑒 = 0,911 ∗ 𝐹𝑟 
Para efectos de este proyecto se usarán rodamientos de bolas radiales ya que son los más comunes 
y versátiles de la industria, además que pueden soportar cargas radiales y axiales bidireccionales, 
son de fácil mantenimiento y permiten altas velocidades de giro. Por ende nuestro ángulo de carga 
será ∝= 0°. 
Una vez obtenidas estas fórmulas procedemos a él calculo y selección de rodamientos con un 
código de Matlab : 
Para la etapa 1 (SKF, 2019): 
 
𝑅𝑜𝑑𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜:⁡𝑆𝐾𝐹⁡6406⁡[𝑅𝑜𝑑𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜⁡𝑟í𝑔𝑖𝑑𝑜⁡𝑑𝑒⁡𝑏𝑜𝑙𝑎] 
𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜⁡𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜⁡ = ⁡30⁡𝑚𝑚 
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑⁡𝑑𝑒⁡𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎⁡𝑑𝑖𝑛á𝑚𝑖𝑐𝑎⁡𝑏á𝑠𝑖𝑐𝑎 = ⁡43,6⁡𝑘𝑁 
𝐹𝑡 = ⁡20,84⁡𝑘𝑁 
Figura 49. Rodamiento 6406 SKF 
 
 
67 
𝐹𝑟 = ⁡7,59⁡𝑘𝑁 
𝐹𝑎 = ⁡5,58⁡𝑘𝑁 
𝐹𝑡
𝐹𝑟
=
20,84
7,59
= 2,74 
𝐹𝑒 = 7,59⁡𝑘𝑁 ∗ [1 + 1,115 ∗ ((2,74) − 0,35) = 27,86⁡𝑘𝑁 
𝐿 = 1 ∗ 90 ∗ 106 ∗ (
43,6⁡𝑘𝑁
27,86⁡𝑘𝑁 ∗ (1,3)
)
3,33
= 1,66922 ∗ 106⁡𝑟𝑒𝑣 
Una vez obtenido este dato 𝐿, lo procedemos a dividir con la velocidad del eje para hallar la vida 
útil en horas, como se muestra a continuación: 
𝐻𝑜𝑟𝑎𝑠 =
𝐿
𝑉𝑒𝑙𝑒𝑗𝑒 ∗ 60
𝑚𝑖𝑛
ℎ
 
𝐻𝑜𝑟𝑎𝑠 =
1,66922 ∗ 106⁡𝑟𝑒𝑣
650⁡𝑅𝑃𝑀 ∗ 60
𝑚𝑖𝑛
ℎ
= 4279,22⁡ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 
Este resultado dividido entre las horas de uso anual del vehículo nos dará la vida útil en años de 
la siguiente forma: 
𝑈𝑠𝑜𝑣𝑒ℎ𝑖𝑐𝑢𝑙𝑜 = 511
ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
𝑎ñ𝑜
 
𝑉𝑖𝑑𝑎𝑎ñ𝑜𝑠 =
4279,22⁡ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
511
ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
𝑎ñ𝑜
= 8,37⁡𝑎ñ𝑜𝑠 
Por lo que al utilizar un rodamiento rígido de bola 6406 de la marca SKF, obtenemos que se tendrá 
que cambiar cada 8,37 años. 
Para la etapa 2 : 
Figura 50 Rodamiento 6408 SKF 
 
 
68 
𝑅𝑜𝑑𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜:⁡𝑆𝐾𝐹⁡6408⁡[𝑅𝑜𝑑𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜⁡𝑟í𝑔𝑖𝑑𝑜⁡𝑑𝑒⁡𝑏𝑜𝑙𝑎] 
𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜⁡𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜⁡ = ⁡40⁡𝑚𝑚 
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑⁡𝑑𝑒⁡𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎⁡𝑑𝑖𝑛á𝑚𝑖𝑐𝑎⁡𝑏á𝑠𝑖𝑐𝑎 = ⁡63,7⁡𝑘𝑁 
𝐹𝑡 = ⁡35,73⁡𝑘𝑁 
𝐹𝑟 = ⁡13⁡𝑘𝑁 
𝐹𝑎 = ⁡9,57𝑘𝑁 
𝐹𝑡
𝐹𝑟
= 2,74 
𝐹𝑒 = 13⁡𝑘𝑁 ∗ [1 + 1,115 ∗ ((2,74) − 0,35) = 47,77⁡𝑘𝑁 
𝐿 = 1 ∗ 90 ∗ 106 ∗ (
63,7⁡𝑘𝑁
47,77⁡𝑘𝑁 ∗ (1,3)
)
3,33
= 9,79509 ∗ 107⁡𝑟𝑒𝑣 
Una vez obtenido este dato 𝐿, lo procedemos a dividir con la velocidad del eje para hallar la vida 
útil en horas, como se muestra a continuación: 
𝐻𝑜𝑟𝑎𝑠 =
𝐿
𝑉𝑒𝑙𝑒𝑗𝑒 ∗ 60
𝑚𝑖𝑛
ℎ
 
 
𝐻𝑜𝑟𝑎𝑠 =
9,79509 ∗ 107⁡𝑟𝑒𝑣
330⁡𝑅𝑃𝑀 ∗ 60
𝑚𝑖𝑛
ℎ
= 4947,52⁡ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 
Este resultado dividido entre las horas de uso anual del vehículo nos dará la vida útil en años de 
la siguiente forma: 
𝑈𝑠𝑜𝑣𝑒ℎ𝑖𝑐𝑢𝑙𝑜 = 511
ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
𝑎ñ𝑜
 
𝑉𝑖𝑑𝑎𝑎ñ𝑜𝑠 =
4947,52⁡ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
511
ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
𝑎ñ𝑜
= 9,68⁡𝑎ñ𝑜𝑠 
Por lo que al utilizar un rodamiento rígido de bola 6408 de la marca SKF, obtenemos que se tendrá 
que cambiar cada 9,68 años. 
 
 
69 
Para la etapa 3 : 
𝑅𝑜𝑑𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜:⁡𝑆𝐾𝐹⁡6410⁡[𝑅𝑜𝑑𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜⁡𝑟í𝑔𝑖𝑑𝑜⁡𝑑𝑒⁡𝑏𝑜𝑙𝑎] 
𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜⁡𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜⁡ = ⁡50⁡𝑚𝑚 
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑⁡𝑑𝑒⁡𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎⁡𝑑𝑖𝑛á𝑚𝑖𝑐𝑎⁡𝑏á𝑠𝑖𝑐𝑎 = ⁡87,1⁡𝑘𝑁 
𝐹𝑡 = ⁡54,74⁡𝑘𝑁 
𝐹𝑟 = ⁡19,92⁡𝑘𝑁 
𝐹𝑎 = ⁡14,67𝑘𝑁 
𝐹𝑡
𝐹𝑟
= 3,73 
𝐹𝑒 = 19,92⁡𝑘𝑁 ∗ [1 + 1,115 ∗ ((3,73) − 0,35) = 73,18⁡𝑘𝑁 
𝐿 = 1 ∗ 90 ∗ 106 ∗ (
87,1⁡𝑘𝑁
73,18⁡⁡𝑘𝑁 ∗ (1,3)
)
3,33
= 6,7088 ∗ 107⁡𝑟𝑒𝑣 
Una vez obtenido este dato 𝐿, lo procedemos a dividir con la velocidad del eje para hallar la vida 
útil en horas, como se muestra a continuación: 
𝐻𝑜𝑟𝑎𝑠 =
𝐿
𝑉𝑒𝑙𝑒𝑗𝑒 ∗ 60
𝑚𝑖𝑛
ℎ
 
𝐻𝑜𝑟𝑎𝑠 =
6,7088 ∗ 107⁡𝑟𝑒𝑣
165⁡𝑅𝑃𝑀 ∗ 60
𝑚𝑖𝑛
ℎ
= 6775,46⁡ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 
Este resultado dividido entre las horas de uso anual del vehículo nos dará la vida útil en años de 
la siguiente forma: 
𝑈𝑠𝑜𝑣𝑒ℎ𝑖𝑐𝑢𝑙𝑜 = 511
ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
𝑎ñ𝑜
 
Figura 51 Rodamiento 6410 SKF 
 
 
70 
𝑉𝑖𝑑𝑎𝑎ñ𝑜𝑠 =
6775,46⁡ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
511
ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
𝑎ñ𝑜
= 13,26⁡𝑎ñ𝑜𝑠 
Por lo que al utilizar un rodamiento rígido de bola 6410 de la marca SKF, obtenemos que se tendrá 
que cambiar cada 13,26 años. 
12. CRONOGRAMA 
Para la realización de este proyecto se tienen diversas etapas desde la concepción y planeación 
hasta la ejecución y finalización del proyecto. Este proyecto tendrá una duración de 
aproximadamente 6 años para su finalización, como se evidencia en el diagrama de Gantt 
mostrado a continuación: 
 
Para efectos de esta investigación, solo se contempla la etapa de investigación, la etapa de diseño 
y la etapa de selección de los componentes para la alternativa seleccionada. Con un periodo más 
extenso se hubiera considerado el desarrollo y fabricación del vehículo como tal. 
13. ANÁLISIS ECONÓMICO 
Para realizar el análisis económico del proyecto, fue necesario obtener primero el presupuesto de 
la inversión inicial para la conversión del vehículo a uno eléctrico. Este se muestra a continuación 
en la tabla: 
Сolor Número de EDT Nombre de tarea / Título Fecha de inicio planificada Fecha de finalización planificada Progreso (%) Duración (horas) Horas estimadas Registro de tiempo (minutos) Estado Prioridad Tipo Nivel
1 26/01/2023 26/03/2023 100 840 0 0 proyecto 1
1.1 Calcular el consumo de gasolina anual de la renualt duster 26/01/2023 3/02/2023 100 121 0 0 Terminado Medio tarea 2
1.2 Determinar la cantidad de gases nocivos que dejarían de llegar a la atmosfera. 26/01/2023 1/02/2023 100 98 0 0 Terminado Medio tarea 2
1.3 Realizar el estudio del mercado al que queremos llegar. 2/02/2023 16/02/2023 100 210 0 0 Terminado Medio tarea 2
1.4 Realizar estado de la técnica y del arte del proyecto 16/02/2023 26/03/2023 100 546 0 0 Terminado Medio tarea 2
2 27/03/2023 27/04/2023 100 448 0 0 proyecto 1
2.1 Establecer los valores meta que regiran el proyecto. 27/03/2023 3/04/2023 100 112 0 0 Terminado Medio tarea 2
2.2 Realizar un diseño conceptual de las tres alternativas planteadas. 27/03/2023 3/04/2023 100 112 0 0 Terminado Medio tarea 2
2.3 Realizar el diseño básico de las tres alternativas 27/03/2023 10/04/2023 100 210 0 0 Terminado Medio tarea 2
2.4 Realizar el diseño detallado de la alternativa seleccionada. 1/04/2023 22/04/2023 100 308 0 0 Terminado Medio tarea 2
2.5 Selección de componentes compatibles con el diseño. 22/04/2023 27/04/2023 100 84 0 0 Terminado Medio tarea 2
3 27/04/2023 20/05/2023 66 336 0 0 proyecto 1
3.1 Realizar analisis de riesgo del proyecto 27/04/2023 4/05/2023 50 112 0 0 En progreso Medio tarea 2
3.2 Realizar análisis económico sobre la viabilidad del proyecto 4/05/2023 11/05/2023 50 112 0 0 En progreso Medio tarea 2
3.3 Analizar que riesgos pueden ser críticos para el pryecto. 1/05/2023 6/05/2023 50 84 0 0 En progreso Medio tarea 2
3.4