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Eandruz Garcia

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DISEÑO DE UN MONOPLAZA ELÉCTRICO TIPO SCOOTER COMO MEDIO ALTERNATIVO DE
TRANSPORTE URBANO

LINA PAOLA RUEDA JAIME

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
BOGOTÁ D.C., COLOMBIA
2017

DISEÑO DE UN MONOPLAZA ELÉCTRICO TIPO SCOOTER COMO MEDIO ALTERNATIVO DE
TRANSPORTE URBANO

Tesis para obtener el título de pregrado en Ingeniería Mecánica

Presentado por:
LINA PAOLA RUEDA JAIME

Profesor Asesor:
Juan Pablo Casas Rodríguez, PhD.

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
BOGOTÁ D.C., COLOMBIA

Nota de aceptación:

___________________________

Firma del Asesor

Firma del Jurado

DEDICATORIA
A mis papás y mi hermana por siempre creer.

5
AGRADECIMIENTOS
A mi familia, por siempre estar ahí.

6
RESUMEN

Bajo la justificación de la necesidad de implementar y popularizar un nuevo medio alternativo de
transporte urbano, que facilite la movilidad en la ciudad y no tenga una afectación negativa en el
medio ambiente, se diseñó y construyó un monoplaza eléctrico que solucionara necesidades que
otros medios de transporte existentes, como la bicicleta, no resuelven.
Para este propósito se hizo un estudio de las ventajas y desventajas que presentaba la bicicleta como
medio alternativo de transporte y con base a esto, se seleccionaron los principales requerimientos
de diseño y las restricciones del mismo para tener en cuenta, con el fin de abarcar a cabalidad todas
las posibles soluciones y a partir de esto, realizar el diseño pertinente.
Dado que el vehículo a construir no era un diseño completamente nuevo y diferente a los ya
existentes en el mercado, se optó por hacer un estudio que permitiera analizar las características
en común de estos vehículos y de esta forma definir los aspectos en los cuales se enfocaría la
innovación.
Finalmente, se seleccionó un vehículo tipo scooter de tres ruedas, potenciado por un motor
eléctrico tipo hub, batería de ion-litio de 36V y frenos de disco, construido con piezas en aluminio
para dar estructura al vehículo y reducir el peso, y otras hechas con manufactura aditiva, ya que
permitía una mayor libertad de formas en el momento del diseño y adicionalmente mantenía un
bajo peso y una alta resistencia.

7
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 11
OBJETIVOS .......................................................................................................................... 13
1.1 Objetivos generales ............................................................................................................. 13
1.2 Objetivos específicos ........................................................................................................... 13
REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ............................................................................................ 14
2.1 Contexto ....................................................................................................................... 14
2.2 Medios de transporte alternativos ................................................................................. 16
2.2.1 Bicicleta eléctrica .............................................................................................................. 16
2.2.2 Scooter eléctrico .............................................................................................................. 18
2.2.3 Patineta eléctrica.............................................................................................................. 19
2.2.4 Segway.............................................................................................................................. 20
2.3 Matriz comparativa ....................................................................................................... 21
2.4 Requerimientos ............................................................................................................. 25
2.4.1 Seguridad .......................................................................................................................... 26
2.4.2 Confort y ergonomía ........................................................................................................ 26
2.4.3 Integración ....................................................................................................................... 27
2.5 Restricciones ................................................................................................................. 27
2.6 House of Quality ............................................................................................................ 28
METODOLOGÍA ........................................................................................................... 30
3.1 Introducción .................................................................................................................. 30
3.2 Encuesta ....................................................................................................................... 30
3.3 Diseño conceptual ......................................................................................................... 31
3.4 Chasis ........................................................................................................................... 32
3.5 Transmisión de potencia ................................................................................................ 36
3.6 Frenos ........................................................................................................................... 38
3.7 Ruedas y ejes ................................................................................................................ 39
3.8 Dirección ....................................................................................................................... 40
3.9 Sistema eléctrico y de control ........................................................................................ 41

8
RESULTADOS ............................................................................................................... 42
Resumen ............................................................................................................................ 42
4.1 Encuesta ....................................................................................................................... 42
4.2 Modelamiento 3D ......................................................................................................... 46
4.2 Simulaciones estructurales ............................................................................................ 47
4.3 Producto final ............................................................................................................... 54
ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................................................................... 59
5.1 Encuesta ....................................................................................................................... 59
5.2 Base del scooter ............................................................................................................ 59
5.3 Modelo completo .......................................................................................................... 60
5.4 Producto final ...............................................................................................................61
CONCLUSIONES ........................................................................................................... 64
RECOMENDACIONES ................................................................................................... 65
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................. 66
ANEXOS ...................................................................................................................... 69
Anexo 1 .............................................................................................................................. 69
Encuesta .................................................................................................................................... 69
Anexo 2 .............................................................................................................................. 71
Planoteca ................................................................................................................................... 71

9
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Bicicleta eléctrica [3]. ......................................................................................................... 16
Figura 2. Scooter eléctrico [6] ........................................................................................................... 18
Figura 3. Patineta eléctrica [7] .......................................................................................................... 19
Figura 4. Segway [8] .......................................................................................................................... 20
Figura 5. Scooter eléctrico URB-E [9] ................................................................................................ 22
Figura 6. Scooter eléctrico Razor E300S [10] .................................................................................... 22
Figura 7. Scooter eléctrico Stigo [11] ................................................................................................ 22
Figura 8. Scooter eléctrico Swagtron [12] ......................................................................................... 22
Figura 9. Scooter eléctrico Mercane [13] .......................................................................................... 23
Figura 10. Scooter Eléctrico BMW X2City [14] .................................................................................. 23
Figura 11. Scooter eléctrico Egret Ten [15] ....................................................................................... 23
Figura 12. Ejemplo de scooter de tres ruedas [16] ........................................................................... 32
Figura 13. Base del scooter eléctrico para impresión 3D. ................................................................. 35
Figura 14. Vistas superior y lateral de la base del scooter eléctrico. ................................................ 35
Figura 15. Batería 36V tipo parrilla [19] ............................................................................................ 38
Figura 16. Batería tipo termo 36V [19] ............................................................................................. 38
Figura 17. Configuración de las ruedas en el scooter eléctrico. ....................................................... 40
Figura 18. Camisa para el sistema de dirección. ............................................................................... 41
Figura 19. En qué ocasiones utilizaría un vehículo eléctrico. ............................................................ 44
Figura 20. Modelo 3D del diseño. ..................................................................................................... 46
Figura 21. Vistas lateral y frontal de modelo 3D del diseño. ............................................................ 47
Figura 22. Distribución de las cargas para la simulación de esfuerzos y deformación. .................... 48
Figura 23. Esfuerzos de Von Mises para la base del scooter con dos cargas de 500N. .................... 49
Figura 24. Esfuerzos principales en la base del scooter con dos cargas de 500N. ............................ 49
Figura 25. Desplazamiento en la base del scooter con dos cargas de 500N..................................... 50
Figura 26. Factor de seguridad en la base del scooter con dos cargas de 500N. ............................. 50
Figura 27. Ubicación de la carga de 1000N en el modelo del diseño del scooter. ........................... 51
Figura 28. Esfuerzos de Von Mises en todo el modelo con una carga de 1000N. ............................ 52
Figura 29. Esfuerzos principales en todo el modelo con una caga de 1000N. .................................. 52

10
Figura 30. Desplazamiento en todo el modelo con una carga de 1000N. ........................................ 53
Figura 31. Factor de seguridad para todo el modelo con una carga de 1000N. ............................... 53
Figura 32. Resultado final del scooter de tres ruedas completo. ..................................................... 54
Figura 33. Vista frontal de la parte inferior del scooter. ................................................................... 55
Figura 34. Vista superior del scooter. ............................................................................................... 55
Figura 35. Vistas laterales del scooter............................................................................................... 56
Figura 36. Vista inferior del scooter. ................................................................................................. 57
Figura 37. Sistema de dirección del scooter. .................................................................................... 57
Figura 38. Sistema de frenos del scooter. ......................................................................................... 58
Figura 39. Vistas laterales del scooter completo. ............................................................................. 58

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Ventajas y desventajas de la bicicleta eléctrica. .................................................................. 17
Tabla 2. Ventajas y desventajas del scooter eléctrico. ..................................................................... 19
Tabla 3. Ventajas y desventajas de la patineta eléctrica. ................................................................. 20
Tabla 4. Ventajas y desventajas del Segway. .................................................................................... 21
Tabla 5. Matriz comparativa de características principales de scooters eléctricos. ......................... 24
Tabla 6. Matriz comparativa de características secundarias de scooters eléctricos. ....................... 24
Tabla 7. Diagrama House of Quality o six sigma. .............................................................................. 28
Tabla 8. Propiedades mecánicas del filamento PLA utilizado en la impresora Makerbot [17]......... 33
Tabla 9. Propiedades mecánicas del aluminio T6061 [18] ................................................................ 34
Tabla 10. Matriz comparativa de motores eléctricos. ...................................................................... 36
Tabla 11. Matriz comparativa de sistemas de freno. ........................................................................ 39
Tabla 12. Resultados de encuesta sobre vehículos eléctricos. ......................................................... 43

INTRODUCCIÓN

Con el crecimiento de las ciudades y el rápido proceso de urbanización, se han empezado a buscar
nuevas alternativas que faciliten la movilidad. Debido al acelerado incremento de la población
vehicular y la implementación de un sistema de transporte públicopoco eficiente, el movilizarse en
el área urbana se ha convertido en un problema, que además de implicar congestión y graves
aumentos en el tráfico, también ha implicado una afectación ambiental negativa, debido a la
polución y la contaminación auditiva causada por los vehículos de transporte utilizados por los
ciudadanos.

Actualmente, en Bogotá se trabaja en la estructuración de un sistema de movilidad sostenible, y
que revierta las tendencias actuales hacia los incrementos del tiempo de viaje, los niveles de
contaminación, y también de congestión, ya que estos factores influencian de manera negativa el
desarrollo y crecimiento de la ciudad. Por lo anterior, y dado el potencial de la bicicleta como
alternativa de transporte para Bogotá, en la ciudad se ha dado gran importancia a los proyectos que
promuevan y faciliten la movilidad mediante este medio de transporte, un vehículo que además de
recreativo, constituye un medio cotidiano de movilidad más respetuoso con el medio ambiente [1].

12
Sin embargo, la bicicleta como medio alternativo de transporte aún tiene muchas deficiencias en
cuanto a la experiencia brindada al usuario. Ejemplo de esto es el hecho de que, ya que es un
vehículo potenciado por tracción humana, éste requiere de un esfuerzo físico activo y por tanto
implica un desgaste significativo del piloto, además de esto, no es un vehículo compacto que pueda
ser fácilmente transportado, y por lo tanto es un limitante al momento de contar con éste como un
medio complementario de transporte. Adicionalmente, este medio de transporte no es considerado
por los usuarios para realizar viajes largos, por lo que se disminuye el porcentaje de la población en
una ciudad grande como Bogotá, donde la mayoría de las personas se encuentran sometidas a
recorrer largas distancias en su día a día.

Es por lo anterior, que para el desarrollo de este proyecto se propone diseñar y construir un
monoplaza potenciado por un motor eléctrico. La implementación de este tipo de vehículo como
medio alternativo de transporte permitiría a los usuarios vivir una experiencia mucho más agradable
y en sintonía con la sociedad urbana, además de que sería un medio de transporte amigable con el
ambiente, un requisito indispensable dada la situación de contaminación actual debida a la
movilidad en la ciudad. Por otro lado, teniendo en cuenta la importancia que han ido tomando los
dispositivos electrónicos en la vida diaria de las personas, se propone también realizar una
aplicación donde se pueda acceder a datos y análisis de importancia para el usuario, referente a la
movilidad, y al uso y estado del vehículo.

OBJETIVOS
1.1 Objetivos generales

Diseñar un vehículo tipo monoplaza potenciado por un motor eléctrico, para ser
implementado como medio alternativo de transporte por cualquier tipo de usuario en el
área urbana.
1.2 Objetivos específicos

- Justificación de la necesidad de implementación de un nuevo medio alternativo de
transporte en la ciudad.
- Análisis de las alternativas de vehículos eléctricos existentes y los trabajos previos
relacionados.
- Diseño del monoplaza eléctrico tipo scooter teniendo en cuenta los requerimientos y
restricciones.

REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

2.1 Contexto
Una de las mayores deficiencias de la capital colombiana es a nivel de movilidad, y es por esta razón
que desde hace un poco más de una década se han venido implementando proyectos que mejoren
este aspecto. Ejemplo de esto son el sistema integrado de transporte, la extensión del sistema
Transmilenio, y la fomentación del uso de la bicicleta como medio alternativo de transporte; la
importancia de este último proyecto se ha dado gracias a que la bicicleta es un medio de transporte
económico al cual la mayoría de la población tiene acceso, además de que facilita la movilidad y
que, por otro lado, es amigable con el medio ambiente ya que no genera ningún tipo de emisiones.
Según el reporte de movilidad publicado por la alcaldía mayor de Bogotá en el 2016 [2], del año
2005 al año 2015 hubo un incremento de un poco más del 100% en los viajes realizados haciendo
uso de la bicicleta en Bogotá, dando un total de 575.400 viajes realizados mediante este medio
durante el año 2015. De estos viajes, la mayoría se asocian a recorridos de no más de 5 kilómetros
de distancia, adicionalmente, el 79% de estos viajes no duran más de 30 minutos, de lo que se puede
concluir que la mayoría de los ciudadanos solo implementa la bicicleta como medio de transporte
en ocasiones donde las distancias a recorrer son realmente cortas y por lo tanto no requieren de
gran cantidad de tiempo.

15
Por otro lado, el reporte también hace referencia a que la edad de la población que hace mayor uso
de la bicicleta se encuentra entre los 15 y los 24 años, que en su mayoría son hombres y que usan
este medio de transporte principalmente para dirigirse al lugar de trabajo o estudio. Una de las
principales razones para que los ciudadanos no hagan uso de la bicicleta, es la alta accidentalidad
que se presenta en la ciudad; en el año 2015 se presentaron 1485 accidentes en la ciudad, de los
cuales 64 resultaron en víctimas mortales. La mayoría de estos accidentes se dieron sobre la vía,
mientras que otro pequeño porcentaje sucedió en las intersecciones viales.
Actualmente, la red para bicicletas en Bogotá cuenta con 410 kilómetros, de los cuales solo el 51%
se encuentra en óptimas condiciones, sin embargo, existen proyectos a futuro, en los que se planea
construir 120 nuevos kilómetros de ciclorruta y recuperar 100 kilómetros de ciclorrutas existentes
que no se encuentran en las mejores condiciones. Con este proyecto en marcha se espera que para
el año 2038 Bogotá sea la capital ciclista del mundo y que los ciudadanos usen la bicicleta por lo
menos dos veces a la semana para realizar sus recorridos.
Hoy en día, Ámsterdam es la ciudad considerada la capital ciclista del mundo, título que Bogotá
espera quitarle en 20 años. Sin embargo, es importante resaltar los problemas que actualmente está
viviendo esta ciudad debido al exponencial crecimiento del uso de la bicicleta como único medio
alternativo de transporte urbano, ya que la falta de estacionamientos, la congestión en las vías y la
interacción con otros medios de transporte está haciendo que la bicicleta ya no se la única solución
y que por tanto se requiera buscar nuevas alternativas que ayuden a descongestionar las vías y
mejoren la movilidad en la ciudad. Es por lo anterior, que una ciudad como Bogotá también debe
implementar y fomentar otros medios alternativos de transporte, que eviten que se presenten
situaciones en el futuro como la que presenta Ámsterdam actualmente.

16
2.2 Medios de transporte alternativos
Los vehículos eléctricos ligeros, como las bicicletas eléctricas, los scooters de 3 o 4 ruedas, las
patinetas eléctricas y los segways, son a futuro, las principales alternativas para solucionar
problemas de movilidad, ya que actualmente uno de los principales requerimientos en los sistemas
de transporte urbano, es que estos sean amigables con el medio ambiente y que emitan la menor
cantidad de gases contaminantes, además de que se muevan mediante energías renovables y que
de esta forma se reduzca el impacto negativo en el medio ambiente y se disminuya la polución
producida.
2.2.1 Bicicleta eléctrica

Figura 1. Bicicleta eléctrica [3].
Las bicicletas eléctricas son bicicletas que además de requerir la entrada de potencia humana a
través de la implementación de pedales, también cuentan con un sistema de motor eléctrico el cual
proporciona la potencia necesaria para mover el vehículo [4] sin necesidad de esfuerzo. En los
últimos años este tipo de vehículo se ha popularizado mucho debido al auge de los medios detransporte sostenibles y a la creciente necesidad de buscar soluciones a los problemas de movilidad
en el área urbana. Sin embargo, el uso de este medio de transporte, así como el de la bicicleta

17
convencional también se ve afectado de manera negativa por las condiciones del clima y las malas
condiciones del aire [5].

Tabla 1. Ventajas y desventajas de la bicicleta eléctrica.
Ventajas Desventajas
- Promueve la actividad física en sus usuarios,
al ser un vehículo eléctrico, pero también de
tracción humana.
- En caso de agitarse la batería no habría
problema ya que se podría movilizar mediante
tracción humana.
- Es un vehículo que no produce emisiones y
que por lo tanto es amigable con el medio
ambiente.
- No es un medio de transporte ligero y
compacto, por lo que no puede ser utilizado
como medio complementario de transporte.
- No tiene gran diferencia con respecto a la
bicicleta convencional en cuestiones de
movilidad.
- Su uso se ve negativamente afectado por las
condiciones del clima.

18
2.2.2 Scooter eléctrico

Figura 2. Scooter eléctrico [6]
Los scooters eléctricos son vehículos ligeros que se caracterizan por estar potenciados por un motor
eléctrico y almacenar energía en una batería. Estos pueden venir en configuración de dos o 3 ruedas
y por lo general están diseñados para que el usuario se movilice de pie, aunque en algunos casos
también existen posibilidades donde el diseño incluye un sillín para la comodidad del usuario. Esta
alternativa ha venido tomando fuerza desde la popularización de la bicicleta eléctrica, ya que es un
vehículo mucho más compacto y fácil de conducir, lo que lo hace un medio de transporte muy
amigable con la sociedad urbana actual.

19
Tabla 2. Ventajas y desventajas del scooter eléctrico.
Ventajas Desventajas
- Es un vehículo ligero y compacto, que
permite ser usado como medio alternativo de
transporte.
- Debido a la implementación del motor
eléctrico, este no requiere de potencia
humana para su movilidad, lo que aumenta el
confort del usuario.
- Es un vehículo fácil de conducir y que
actualmente se está popularizando como un
medio alternativo de transporte urbano.
- Debido a que aún no es un vehículo muy
popular, es de alto costo en el mercado y por
esta razón no es asequible para cualquier
usuario.
- Su uso se ve afectado negativamente por las
condiciones del clima.

2.2.3 Patineta eléctrica

Figura 3. Patineta eléctrica [7]
La patineta eléctrica consiste en una patineta convencional potenciada por un motor eléctrico. No
es uno de los medios de transporte alternativo más convencionales debido a que conducir este tipo
de vehículo puede no ser tan intuitivo, lo que limita el número de usuarios que se inclinan por su
uso y aplicación, sin embargo, una de sus mayores ventajas es que es uno de los medios alternativos

20
de transporte más ligeros y que por lo tanto no presenta dificultados al momento de ser usado como
un medio complementario de transporte en la ciudad.

Tabla 3. Ventajas y desventajas de la patineta eléctrica.
Ventajas Desventajas
- Es un vehículo muy ligero y compacto.
- Es muy popular como un vehículo recreativo.
- Alcanza altas velocidades.
- Es un vehículo poco intuitivo para manejar,
por lo que no es una opción para cualquier tipo
de usuario.
- Debido a su configuración y a las altas
velocidades que alcanza, puede ser uno de los
medios alternativos de transporte menos
seguros para implementar.

2.2.4 Segway

Figura 4. Segway [8]

21
El Segway es un vehículo eléctrico de configuración de dos ruedas, que se caracteriza por su método
de auto-balanceo, por lo que hay que tener cierta agilidad para conducir este vehículo, sin embargo,
es lo suficientemente robusto para dar la estructura y estabilidad necesaria para garantizar la
seguridad del usuario. Este vehículo se ha popularizado mucho en las ciudades para hacer recorridos
cortos o para uso de la policía nacional, por ejemplo, en Bogotá; otra de sus aplicaciones es en
personas con alguna discapacidad para la movilidad, para lo que este vehículo puede ser muy útil
erradicando ese limitante.
Tabla 4. Ventajas y desventajas del Segway.
Ventajas Desventajas
- Es un vehículo recreativo y que permite la
movilidad dentro de la ciudad para recorridos
de poca distancia.
- Es un vehículo muy robusto y pesado para ser
usado como medio complementario de
transporte urbano.
- Debido a su técnica de auto-balanceo para la
dirección del vehículo, puede ser un vehículo
complicado de conducir y de poca estabilidad.
- Es un vehículo costoso, lo que impide que no
cualquier usuario pueda acceder a este tipo de
transporte.

2.3 Matriz comparativa
A continuación, se muestran las imágenes de los vehículos tipo scooter a comparar (figuras 5 a 11)
y seguido a esto, las dos matrices comparativas de características principales y secundarias para los
distintos vehículos disponibles actualmente en el mercado. El propósito de esto es hacer una

22
comparación y revisión de las características que emplean estos vehículos y cuáles de estas tienen
un común denominador, con el fin de aplicarlas en el diseño a realizar.

Figura 5. Scooter eléctrico URB-E [9]

Figura 6. Scooter eléctrico Razor E300S [10]

Figura 7. Scooter eléctrico Stigo [11]

Figura 8. Scooter eléctrico Swagtron [12]

Figura 9. Scooter eléctrico Mercane [13]

Figura 10. Scooter Eléctrico BMW X2City [14]

Figura 11. Scooter eléctrico Egret Ten [15]

24
Tabla 5. Matriz comparativa de características principales de scooters eléctricos.

Vehículo Material Masa
[kg]
Dimensiones [m] Plegado [m] Carga
[kg]
Potencia
[W]
Alto Ancho Largo Alto Ancho Largo
Sc
o
o
te
r
El
é
ct
ri
co

URB- E Aluminio 6061 T6 13.61 0.914 0.559 0.673 1.003 0.292 0.394 - -
E300S - 23.59 1.041 0.432 1.067 - - - 100 -
Stigo Aleación de Aluminio 14.1 0.805 0.480 1.050 1.180 0.380 0.480 100 250
Swagtron Fibra de Carbono 7.71 1.067 0.254 0.152 - - - 113.4 250
Mercane Aleación de Aluminio 18.14 1.120 0.620 1.150 0.790 0.620 0.330 99.8 350
BMW X2City - 20 - - - - - - - -
Egret Ten - 17 1.14 0.55 1.15 0.38 0.19 1.03 100 500

La Tabla 5 muestra las características principales de distintos vehículos eléctricos tipo scooter
existentes actualmente en el mercado. Con base en la matriz anterior, se seleccionó la potencia del
motor, y la capacidad de carga del vehículo a construir, las cuales serán 250W y 100kg,
respectivamente. Adicionalmente, se observó que la mayoría de estos vehículos son construidos en
Aluminio o aleaciones de aluminio, para mantener un bajo peso sin sacrificar la resistencia y
estructura del monoplaza. Por otro lado, se puedo observar que el peso óptimo para que el vehículo
sea fácilmente transportable y por tanto pueda ser un medio complementario de transporte se
encuentra entre los 14kg y los 20kg.

Tabla 6. Matriz comparativa de características secundarias de scooters eléctricos.

Vehículo Tipo de Batería Autonomía
[km]
Costo
[USD]
Velocidad
Máxima [km/h]
Plegable Diámetro
Llantas [in]
Sc
o
o
te
r
El
é
ct
ri
co

URB- E Li-ion 36V 30 Cell 25.8 899 22.5 Sí 2x 8
E300S 2x Lead-Acid 12V 16.1 187 24 No 2x 10
Stigo Li-ion 36 V 30 3200 25 Sí 2x 12.5
Swagtron Li-ion 24V 3800 mAh 24.1 390 24 Sí -
Mercane Li-ion 36V 32.2 1250 32.2 Sí 3x 10
BMW X2City Li-ion 408 kW 35 2940 25 Sí -
Egret Ten Samsung Avec Smart 42 950 35 Sí 2x 10

La Tabla 6 muestra las características secundarias asociadas a los vehículos eléctricos disponibles en
el mercado relacionados en la Tabla 1. De esta segunda matriz, se puede concluir que la mejor
opción es implementar una batería ion-litiode 36V, que se espera una autonomía de 15 a 25
kilómetros, lo que alcanzaría para cerca de 4 recorridos y que alcance una velocidad máxima de
25km/h. Dada la importancia de que el vehículo sea transportable, se espera que éste sea plegable
como la mayoría de los que se encuentran en la matriz.
Existen muchos de estos vehículos en el mercado, sin embargo, solo se seleccionaron los mostrados
en las tablas anteriores, ya que estos eran los que presentaban características de diseño diferentes
y por lo tanto permitían una visualización completa del panorama comercial actual.
2.4 Requerimientos
Uno de los principales objetivos de implementar una nueva alternativa de transporte urbano es el
de que una mayor población pueda acceder a este medio y se movilice de otra manera. Para eso es
importante tener en cuenta cuáles son las razones por la cuales las personas prefieren usar el
sistema público de transporte en lugar de medios alternativos de transporte como la bicicleta, por
ejemplo.
Como ya se mencionó anteriormente, en Bogotá cerca de un 76% de los usuarios de la bicicleta son
hombres, mientras que en las mujeres es poco popular el uso de este medio de transporte,
adicionalmente, la población que hace mayor número de recorridos en bicicleta se encuentra entre
los 15 y los 34 años, es decir que es gente joven, pero que, sin embargo, de este porcentaje de la
población solo el 17.9% son estudiantes universitarios. Por lo anterior, se espera diseñar un vehículo

26
que llegue a toda la población, motivándola para dejar de usar los medios de transporte actuales,
para esto se tendrán los siguientes aspectos en cuenta: seguridad, confort, ergonomía e integración.
2.4.1 Seguridad
La importancia de la seguridad se da debido a la alta accidentalidad que sufren los ciclistas
actualmente. Para el año 2015, los usuarios de la bicicleta en Bogotá se vieron involucrados en 1485
accidentes. Uno de los principales factores que afectan la seguridad de los usuarios es la
concentración, ya que debido al desgaste físico y a la necesidad de mantener una velocidad
constante, los ciclistas pierden la noción de lo que los rodea, perdiendo a así su arco de visibilidad y
disminuyendo sus reflejos.
Por lo anterior, el vehículo a diseñar debe ser fácil de conducir, lo que permita una máxima
concentración en la vía y un mínimo nivel de disminución de la visibilidad, manteniendo una
velocidad constante no mayor a 25km/h, según la ley 1811 del 21 de octubre de 2016.
Adicionalmente, se espera que el vehículo sea liviano, pero estructuralmente robusto, para dar la
mayor estabilidad al usuario que lo conduce.
2.4.2 Confort y ergonomía
Este factor es importante ya que, el desgaste físico debido al esfuerzo y una posición forzada del
cuerpo disminuye el rendimiento del usuario y hace que se deterioren las capacidades y partes del
cuerpo que se ven implicadas en la movilidad. Ya que el scooter eléctrico por lo general requiere
una posición de pie, esto no debería ser un problema, ya que es una posición regular del cuerpo y
en la que no se ven implicadas disposiciones que puedan afectar de manera grave algún músculo o
articulación del usuario, lo que aumenta su rendimiento y concentración, permitiendo así que al
final del recorrido no exista un deterioro, ni cansancio físico.

27
2.4.3 Integración
Dado el contexto actual en Bogotá, en cuanto a las condiciones climáticas y el sistema de transporte
público, es importante tener en cuenta, que para que un mayor número de usuarios se familiaricen
con un nuevo medio de transporte alternativo, como el scooter eléctrico, es importante que éste
pueda integrarse de manera simple con la vida en la ciudad. Por lo que para esto es necesario que
el vehículo sea compacto y transportable, además de tener un bajo peso, para que en caso de que
haya mal tiempo el vehículo pueda ser llevado en otro medio de transporte sin irrumpir en las
actividades cotidianas, y que por otro lado sea versátil, para que un recorrido de larga distancia no
sea un impedimento para su uso.
2.5 Restricciones
Debido a que ya se han construido vehículos tipo monoplaza de motor eléctrico como proyectos en
la universidad, una de las principales restricciones es hacer uso de piezas y elementos previamente
seleccionados, como lo son el motor, la batería y las ruedas. Sin embargo, como se pudo observar
en secciones anteriores, estos coinciden con los resultados de la matriz comparativa para la
selección de potencia del motor, capacidad de la batería y tamaño de ruedas.
Adicionalmente, dado que se espera que sea un vehículo fácilmente transportable, este debe ser de
bajo peso, plegable y compacto, con el fin de facilitar su integración con otros medios de transporte,
como el transporte público urbano.

28
2.6 House of Quality
Tabla 7. Diagrama House of Quality o six sigma.

29
La Tabla 7 muestra el diagrama House of Quality, este diagrama tiene como objetivo analizar los
requerimientos del usuario y de diseño, relacionándolos según su importancia y comparándolos con
los productos disponibles en el mercado. Este análisis es muy útil para determinar cuáles de las
necesidades y requerimientos son los de mayor importancia y cómo se interrelacionan entre ellos
para lograr el mejor producto final.
Como se puede observar los requerimientos del usuario que se tuvieron en cuentas fueron: que le
vehículo se liviano, plegable, que cuente con un motor eléctrico, que se estéticamente agradable,
que se tenga en cuenta la ergonomía, que incluya un sistema de iluminación, que sea compacto e
innovador y que adicionalmente cuente con estabilidad estructural. Por otro lado, con el fin de
cumplir con todas las necesidades, se tuvieron en cuenta los siguientes requisitos de diseño,
seguridad, iluminación, sistema de potencia, confort, versatilidad, tamaño, disminución de riesgos,
esfuerzo físico y necesidad de parqueo.
Del diagrama se obtuvo que los principales aspectos a tener en cuenta en el momento del diseño
son la versatilidad del vehículo, la cual está estrechamente relacionada con el tamaño y con la
posibilidad de la integración del vehículo con otros medios de transporte, adicionalmente, otros de
los factores de mayor peso fueron la seguridad, que como ya se ha mencionada en secciones
anteriores, es uno de los aspectos más relevantes para la implementación de nuevos medios de
transporte, y por otro lado, la implementación de un sistema de potencia que disminuya el esfuerzo
físico.

METODOLOGÍA

3.1 Introducción
A continuación, se presenta el proceso de diseño llevado a cabo para la construcción del vehículo
eléctrico, desde la descripción de los subsistemas que componen el monoplaza, hasta la selección
de piezas y materiales.
3.2 Encuesta
Con el propósito de conocer y analizar la opinión y los conocimientos de la población destino
(estudiantes universitarios) sobre los vehículos eléctricos, se hizo la encuesta relacionada en el
Anexo 1. Esta encuesta buscaba conocer qué tan relacionados estaban los posibles usuarios del
monoplaza a diseñar, con el uso de vehículos eléctricos como medio alternativo de transporte,
cuáles eran sus favoritos, de qué dependía esta decisión, y de qué forma utilizarían alguno de estos
en un futuro. La encuesta se realizó a 180 estudiantes de distintas carreras de la Universidad de los
Andes, hombre y mujeres, que se encontraban en edades desde los 18 hasta los 25 años.

31
3.3 Diseño conceptual
A partir de la revisión bibliográfica y la encuesta realizada a los usuarios, se decidió construir un
scooter eléctrico, ya que éste era el tercero más popular después de la bicicleta y la motocicleta
eléctrica y uno de los que mayor acogida han venido teniendo en los últimos años, dada su
versatilidad, facilidad de uso y tamaño ligero.Adicionalmente, ya existió un trabajo previo realizado
en la universidad durante la clase de Diseño de Sistemas Mecánicos del año 2016.
Una de las principales innovaciones que se quiere tener con este diseño es que puede usarse como
un medio complementario de transporte, es decir que no exista problema si en un recorrido del
viaje se utiliza el monoplaza eléctrico y en el otro recorrido se utiliza el bus o un taxi, para esto es
importante que el vehículo sea transportable, compacto y liviano, con el fin de lograr esto, se debe
hacer un buena selección de materiales que permitan lograr estas características sin sacrificar la
resistencia y la estabilidad estructural del vehículo.
Con el fin de llegar a un gran número de usuarios en un futuro y que todos tengan acceso de manera
sencilla a conducir el scooter eléctrico, se propuso una configuración de tres ruedas, lo que permite
una mayor estabilidad, brindando equilibrio al usuario y además mayor seguridad y destreza para
conducir. En la Figura 12 se muestra un ejemplo de un scooter de tres ruedas con la configuración
seleccionada para el diseño.

Figura 12. Ejemplo de scooter de tres ruedas [16]

3.4 Chasis
Dada la configuración seleccionada, de tres ruedas, es importante tener una estructura liviana que
no aumente demasiado el peso total del vehículo. Teniendo en cuesta esto, la matriz comparativa
de la Tabla 5 y el auge de la impresión 3D como proceso de manufactura. Se decidió hacer una
estructura base impresa en manufactura aditiva, lo que permitiera libertad en las formas y siluetas,
adicionalmente, para el resto de la estructura, como el manubrio y el eje de dirección se decidió
utilizar tubo de pared semi-gruesa de aluminio T6160. A continuación, en las tablas 8 y 9 se
presentan las propiedades mecánicas tanto del filamento PLA utilizado para la impresión 3D, como

33
del aluminio a utilizar. Como se puede observar la resistencia a la tensión del filamento PLA alcanza
los 46,8 MPa con un módulo de Young de 3,5GPa y una densidad de 1250kg/m³ [17].

Tabla 8. Propiedades mecánicas del filamento PLA utilizado en la impresora Makerbot [17]

Por otro lado, en la tabla 9 se pueden observar las propiedades del aluminio T6061 a utilizar, el cual
tiene una densidad de 2700kg/m³ y un módulo de elasticidad de 68,9MPa.

Tabla 9. Propiedades mecánicas del aluminio T6061 [18]

A partir de la selección de materiales para el chasis, se hizo el modelamiento en 3D de las piezas. En
las figuras 13 y 14 se observa la base del scooter eléctrico, la cual será hecha mediante el método
de manufactura aditiva en la impresora Makerbot disponible en las instalaciones de la universidad.
Dado el tamaño limitado de área de impresión de esta impresora, fue necesario dividir las piezas en
nueve partes, las cuales serán ensambladas con la ayuda de dos barras de aluminio y relleno de
valso para dar estructura y resistencia a la base. En los anexos se pueden observar los planos
asociados a cada una de las piezas para impresión.

Figura 13. Base del scooter eléctrico para impresión 3D.

Figura 14. Vistas superior y lateral de la base del scooter eléctrico.

36
3.5 Transmisión de potencia
Para el sistema de transmisión de potencia se analizaron dos distintas opciones, la adaptación de
un motor eléctrico para bicicleta y un motor tipo hub. En ambos casos, dado lo mencionado
anteriormente, el motor debía otorgar una potencia de 350W, adicionalmente, dada la
configuración de las ruedas del scooter, el vehículo será de tracción trasera.

Tabla 10. Matriz comparativa de motores eléctricos.

Imagen Ventajas Desventajas
M
o
to
r
h
u
b
3
5
0
W

- El sistema viene integrado en la
rueda por lo que permite un
ensamble más sencillo con el
resto de la estructura.
- No requiere soportes adicionales
y no aumenta significativamente
el peso del vehículo.
- El sistema de control viene
configurado para ser instalado sin
problema.
- Es un sistema de transmisión
costoso.

M
o
to
r
e
lé
ct
ri
co
3
5
0
W

- Es más económico que el motor
tipo hub.

- Se debe buscar la forma de
integrarlo al resto de la
estructura.
- Es importante diseñar el modelo
de control, ya que no viene
predeterminado.

La Tabla 10 muestra la comparación de ventajas y desventajas entre el motor eléctrico convencional
y el motor tipo hub, ambos de 350W. Como se puede observar el motor tipo hub tiene muchas
ventajas sobre el motor convencional, dado que es un motor integrado en una rueda, lo que facilita
a integración de esta parte con el resto de la estructura, sin embargo, una de sus mayores
desventajas es su costo elevado, dado que ya existe un motor comprado previamente por la
universidad que cumple con estas características se hará uso de este.
Es importante mencionar que, dado que este será un vehículo potenciado por un motor eléctrico,
requiere una batería para almacenamiento de energía, de la matriz comparativa de los vehículos
disponibles actualmente en el mercado se concluyó que la mejor opción era una batería ion litio de
36V. En el mercado colombiano, existen dos tipos de estas baterías que suelen ser utilizadas para
bicicletas eléctricas, una de tipo parrilla, como la que se muestra en la figura 15 y otro tipo termo,
como se muestra en la Figura 16, ambas cumplen con las propiedades requeridas para la aplicación,
sin embargo, se seleccionó la batería tipo termo debido a su facilidad para ser integrada con el resto
de la estructura.

Figura 15. Batería 36V tipo parrilla [19]

Figura 16. Batería tipo termo 36V [19]

3.6 Frenos
Para el sistema de frenos se propusieron dos distintas opciones, en primer lugar, una de freno con
pulgar y segundo lugar freno de disco. En la Tabla 11 se puede observar la comparación entre la
ventajas y desventajas de cada uno de los sistemas, a partir de la cual se seleccionó que la mejor
opción era la de los frenos de disco, ya que el freno por pulgar no es un sistema que frene
directamente las ruedas, sino que por el contrario, dado que es un sistema de control que lleva las
ruedas a una velocidad de 0km/h, puede tener un tiempo de respuesta más lento y causar así un
accidente en caso de emergencia o riesgo. Adicionalmente, el sistema de frenos estará instalado en
la rueda trasera.

Tabla 11. Matriz comparativa de sistemas de freno.

Imagen Ventajas Desventajas
Fr
e
n
o
d
e
P
u
lg
ar

- Es fácil de instalar.
- No requiere de mucho espacio,
ni de piezas de soporte
adicionales.
- Se configura mediante un
sistema de control previamente
diseñado.
- El sistema es costoso.
- No está disponible en el
mercado colombiano y la
importación tardaría varios
meses.
- En situaciones de emergencia
puede ser riesgoso debido al
tiempo de respuesta de los
frenos.

Fr
e
n
o
s
d
e
d
is
co

- Es mucho más seguro que el
freno por pulgar.
- Es un sistema más robusto y más
estable.

- Requiere piezas adicionales para
su instalación.

3.7 Ruedas y ejes
Para el sistema de ruedas y ejes se seleccionaron tres ruedas de 8” de diámetro, dos en la parte
delantera y una en la parte trasera como se muestra en la Figura 17, ejes de aluminio T6061 de 3/4”,
ya que tiene la mejor relación peso/resistencia. Adicionalmente, se tuvo en cuenta que ya se

40
encontraban unas ruedas disponibles compradas previamente y que se haría uso de estas para la
instalación del vehículo monoplaza.

Figura 17. Configuración de las ruedas en el scooter eléctrico.

3.8 Dirección
Para el sistema de dirección se hizo la selección de dos rodamientos lineales de bola de la marca
SKF, con un diámetro externo de 28mm y un diámetrointerno de 15mm y una capacidad de carga
estática de 2.24kN y una capacidad de carga dinámica de 4.36kN [20], que ajustaran por
interferencia en la camisa de aluminio T6061 que se muestra en la Figura 18. Se seleccionó este
sistema de dirección ya que es un sistema sencillo de manufacturar y no requiere de piezas costosas
para su construcción, adicionalmente garantiza el radio de giro requerido para aplicaciones
cotidianas.

Figura 18. Camisa para el sistema de dirección.

3.9 Sistema eléctrico y de control

El sistema eléctrico y el sistema de control asociado viene integrado en el motor eléctrico tipo hub,
el cual incluye manejo de varias velocidades y una pantalla digital, por lo que no es necesaria la
aplicación de tarjetas de control o conexiones adicionales para el manejo del acelerador.

RESULTADOS

Resumen
A lo largo de esta sección se muestran los resultados obtenidos durante el proceso de modelamiento
3D y las simulaciones realizadas durante el proceso de diseño, adicionalmente, se presentan los
resultados obtenidos para la encuesta realizada. Finalmente, se presentan también las fotografías
del producto final obtenido.
4.1 Encuesta

De la encuesta realizada, se pudo concluir que, en primer lugar, la mayoría de la población
encuestada se moviliza haciendo uso única y exclusivamente del vehículo personal, mientras que la
población que se moviliza mediante otros medios de transporte, que es menos del 50%, suele
combinar dos o más de estos. Adicionalmente, las personas que suelen movilizarse mediante el
vehículo personal preferirían en su mayoría hacer uso de la bicicleta eléctrica en caso de tener que
recurrir a un medio alternativo de transporte.
De la población encuestada, casi el 43% recorre más de 10 kilómetros diarios en sus viajes y en caso
de tener que usar un vehículo eléctrico como medio de transporte preferiría la bicicleta eléctrica, y
la razón más común para tomar esta decisión es la facilidad de uso y la comodidad, por lo que se
puede ver que hay una estrecha relación entre lo que ya conocen lo usuarios y lo que escogerían

43
como medio alternativo de transporte, ya que la mayoría se encuentra familiarizado con el uso de
la bicicleta convencional.

Tabla 12. Resultados de encuesta sobre vehículos eléctricos.
Pregunta Bicicleta
eléctrica
Motocicleta
eléctrica
Patineta
eléctrica
Segway Scooter
eléctrico
¿Cuál conoce? 92,3% 93,6% 39,7% 89,7% 79,5%
¿Cuál ha utilizado? 25,6% 10,3% 6,4% 20,5% 15,4%
¿Cuál preferiría? 53,8% 24,4% 3,8% 7,7% 10,3%

La Tabla 12 muestra los resultados porcentuales para tres preguntas hechas en la encuesta
relacionadas con la familiarización de los usuarios con los vehículos eléctricos, cuál de esos conoce,
cuál ha utilizado alguna vez y cuál de esos preferiría en caso de tener que reemplazar su medio de
transporte actual. Como se puede observar el vehículo eléctrico menos popular es la patineta
eléctrica, y por tanto hay una relación directa con que este sea el vehículo que menos población
seleccionaría para reemplazar su medio de transporte, así mismo, se puede observar que esta
relación también existe en el caso de la bicicleta eléctrica, ya que es uno de los vehículos eléctricos
que la mayoría de la población conoce y que por tanto preferiría para reemplazar su medio de
transporte.

44
Esta situación no sucede en el caso del Segway, que a pesar de ser conocido por casi el 90% de la
población, solo el 7.7% lo preferiría como medio de transporte, el caso se repite para el scooter
eléctrico, el cual conoce cerca del 80% de la población, pero solo el 10.3% se decidiría a usarlo como
medio de transporte.
En cuanto a las razones que los encuestados dieron para seleccionar el vehículo de transporte
alternativo, las más populares son la facilidad de uso y la comodidad, con un 65.4% y un 56.4%,
respectivamente, algunas razones secundarias como el diseño, el tiempo, la disponibilidad, y la
seguridad no superan el 20% y se concluye que no son relevantes para los futuros usuarios. Por otro
lado, también se pudo concluir que la posibilidad de acceso a ciclorrutas no es un factor
determinante para que los usuarios utilicen otros medios de transporte diferentes al sistema público
o al vehículo personal, ya que el 61.5% de la población tiene vías para bicicletas en su recorrido
cotidiano, pero solo el 14.1% de los encuestados hace uso de la bicicleta como medio de transporte.

Figura 19. En qué ocasiones utilizaría un vehículo eléctrico.

La Figura 19 muestra los resultados de la encuesta a la pregunta “En caso de adquirir uno de los
vehículos eléctricos mencionados ¿Para qué lo utilizaría?”, como se puede observar la mayoría de
los encuestados lo utilizaría para dirigirse a la universidad o trabajo, lo que quiere decir que lo
utilizarían para sus recorridos cotidianos, otro porcentaje significativo lo utilizaría para dirigirse solo
a sitios cercanos, lo que era de esperarse ya que la mayoría de la población suele recorrer distancias
de entre 7 y más de 10 kilómetros.
Finalmente, se puede concluir que son los hombres quienes más se inclinarían por el uso de la
bicicleta eléctrica como medio alternativo de transporte, mientras que las mujeres no tienen un
vehículo eléctrico predilecto y se ajustarían a varias de las opciones planteadas. Adicionalmente, se
pudo concluir que la mayoría de la población se encuentra en un rango de edad de 21 a 24 años y
que para estos lo más importante es la facilidad de uso y la disponibilidad al momento de movilizarse
haciendo uso de un medio de transporte alternativo.

4.2 Modelamiento 3D

Figura 20. Modelo 3D del diseño.

Figura 21. Vistas lateral y frontal de modelo 3D del diseño.

Las figuras anteriores muestran el modelo final del diseño propuesto desde varias vistas, el cual
tiene como factor de innovación la base hecha a partir de la manufactura aditiva, adicionalmente,
en comparación con otros modelos previamente desarrollados, este modelo procura ser mucho más
liviano, y compacto, lo que va a permitir que sea más versátil, y que adicionalmente no sea un
problema llevarlo como medio complementarios de transporte o como medio de recreación en
algunas ocasiones.
4.2 Simulaciones estructurales
Teniendo en cuenta que anteriormente se dijo que el vehículo debía soportar una carga máxima de
100kg, es decir más o menos 1000N, se hicieron dos análisis. En primer lugar, se hizo un análisis
únicamente a la base diseñada para ser impresa en manufactura aditiva, en la cual se ubicaron dos
distintas cargas, cada una de 500N, como se muestra en la Figura 22, la distribución de lar cargas se

48
tuvo decidió teniendo en cuenta que la persona se ubicará con un pie más adelante que en otro
para tener mayor estabilidad y control del vehículo. Para este caso, se tuvieron en cuenta las barras
de aluminio que darán estructura a las piezas, pero no se tuvo en cuenta el relleno de valso que se
va a poner en el centro de la estructura.

Figura 22. Distribución de las cargas para la simulación de esfuerzos y deformación.

Los resultados de la simulación se muestran a continuación. La Figura 22 muestra los máximos
esfuerzos de Von Mises, donde se puede observar que los puntos sometidos a mayor esfuerzo son
donde se ubican el eje trasero y la camisa de la dirección. Sin embargo, se puede observar que en
máximo esfuerzo es de cerca de 2MPa, por lo que espera que la base resista las cargas a las que será
sometida.

Figura 23. Esfuerzos de Von Mises para la base del scooter con dos cargas de 500N.

Figura 24. Esfuerzos principales en la base del scooter con dos cargas de 500N.

50Figura 25. Desplazamiento en la base del scooter con dos cargas de 500N.

Figura 26. Factor de seguridad en la base del scooter con dos cargas de 500N.

51
Por otro lado, también se hizo un análisis estructural del ensamble total del modelo, sometido a una
carga de 1000N en todo el centro de la base como se muestra en la Figura 27.

Figura 27. Ubicación de la carga de 1000N en el modelo del diseño del scooter.

A continuación, se muestran los resultados de esta segunda simulación, en la cual se obtuvo que el
modelo se ve sometido a un esfuerzo máximo de Von Mises de 12MPa, como se puede observar en
la Figura 28.

Figura 28. Esfuerzos de Von Mises en todo el modelo con una carga de 1000N.

Figura 29. Esfuerzos principales en todo el modelo con una caga de 1000N.

Figura 30. Desplazamiento en todo el modelo con una carga de 1000N.

Figura 31. Factor de seguridad para todo el modelo con una carga de 1000N.

54
4.3 Producto final

Figura 32. Resultado final del scooter de tres ruedas completo.

Figura 33. Vista frontal de la parte inferior del scooter.

Figura 34. Vista superior del scooter.

Figura 35. Vistas laterales del scooter.

Figura 36. Vista inferior del scooter.

Figura 37. Sistema de dirección del scooter.

Figura 38. Sistema de frenos del scooter.

Figura 39. Vistas laterales del scooter completo.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

El siguiente análisis de resultados se hará con base en las simulaciones previamente presentadas,
teniendo en cuenta las condiciones de máxima operación a las que será sometido el monoplaza
eléctrico, además de presentar un breve análisis de la encuesta realizada a la población.
5.1 Encuesta
A partir de la encuesta realizada se pudo concluir que, aunque la población objetivo es bastante
joven aún no están muy familiarizados con los vehículos eléctricos como medio alternativo de
transporte, por lo que no lo consideran como una de sus opciones predilectas al momento de
moverse en la ciudad. Adicionalmente, el scooter eléctrico o monoplaza es uno de los vehículos
eléctricos menos populares, pero que dadas sus características, podría cumplir varios de los
requerimientos que la juventud necesita para movilizarse de manera más amigable en la ciudad.
5.2 Base del scooter
Como se puede observar en la Figura 24 los puntos sometidos a máximo esfuerzos se encuentran
en la parte delantera y en la parte trasera donde se ubica el eje de la rueda. Sin embargo, los

60
esfuerzos principales en estos puntos no supera los 0.9MPa por lo que se espera que la estructura
resista de manera satisfactoria a las condiciones de prueba. Adicionalmente, como se puede
observar en la Figura 25, el desplazamiento máximo es de no más de 0,06mm, por lo que no habrá
deformación permanente ni notoria en la estructura al someterse a una carga de 1000N.
Finalmente, se puede observar en la Figura 26 que el factor de seguridad es de casi 15, lo que es
más que suficiente para la aplicación de la estructura y garantiza su correcto funcionamiento en
condiciones de máxima operación.

5.3 Modelo completo
Como se puede observar en las figuras 28 y 29, los esfuerzos a los que se ve sometido el modelo,
dada una carga de 1000N no lo afectan demasiado a nivel estructural, en la primera imagen se
observa que el esfuerzo de Von Mises no supera lo 12Mpa, y, por otro lado, en la segunda imagen,
se observa que los esfuerzos principales llegan a un máximo de 2,4MPa. No se ven ubicaciones
críticas en la estructura debido al sometimiento a la carga.
Finalmente, en la Figura 29 se observa cómo será el desplazamiento de la estructura del modelo,
alcanzado desplazamiento de 0,1mm lo que no es relevante ya que esta deformación no alcanza a
ser permanente, sin embargo, se observa que uno de los puntos más críticos serán el manubrio y la
base del scooter. En la Figura 30, se observa que, así como en el caso de la base del scooter, el
modelo completo también alcanza un factor de seguridad de 15, por lo que no debería fallar en su
punto de máxima operación.

5.4 Producto final
El producto final no cumple con algunos de los objetivos planteados en un principio, ya que no se
logró disminuir el peso, ni hacerlo más compacto para que funcionara como un medio
complementario de transporte, esto se dio debido a la baja compatibilidad de las piezas de
manufactura aditiva con el resto de las piezas a ensamblar, por lo que fue necesario añadir piezas
en acero y aluminio para lograr el producto.
A pesar de las complicaciones, se logró un scooter con una alta resistencia, con un diseño estético
novedoso, pero que debido a sus costos de fabricación no lograría ser compatible en el mercado
actual. Por lo que para próximos proyectos se recomienda hacer uso de la impresión 3D solo en
algunas partes, que no sean de gran tamaño y que no requieran demasiadas piezas adicionales para
su ensamble.
A continuación, se muestra un análisis detallado de lo que debería ser modificado para lograr un
diseño más exitoso y que cumpla con los requerimientos planteados en un principio. Este análisis se
realizará para cada uno de los grupos de construcción planteados.
5.4.1 Chasis

En cuanto al chasis, lo más importante es hacer un cambio en las materias primas y los procesos de
manufactura. Por un lado, la manufactura aditiva podría ser reemplazada por madera y trabajar esta
en el CNC con el fin de lograr una forma similar e incluso más sencilla, dado que esta forma solo

62
aportó al componente estético, este factor contribuiría manteniendo la resistencia de la base del
scooter, manteniendo también un peso ligero y disminuyendo los costos de materiales y procesos
de fabricación.
Por otro lado, las partes del chasis que se fabricaron en acero se deberían modificar por piezas en
aluminio y simplificar sus formas, ya que con un base de madera el proceso de ensamble debería
ser mucho más sencillo y no debería requerir de tantas uniones como se vio con la manufactura
aditiva. El cambio del acero por aluminio aportaría tanto a la estética, como a mantener una alta
resistencia sin necesidad de sacrificar el peso total del monoplaza.
Finalmente, sería importante diseñar un sistema de manubrio que sea plegable y que se adapte a
varias alturas, para lograr llegar a un público más amplio y que adicionalmente sea posible usar el
monoplaza como un medio complementario de transporte por su versatilidad, bajo peso y tamaño
compacto.
5.4.2 Transmisión de potencia

En cuanto al sistema de transmisión de potencia, no se debe hacer ningún cambio, ya que el motor
implementado estrega la potencia requerida para el propósito del vehículo y además de esto su
tamaño compacto lo hace fácil de ensamblar y no aumenta de manera significativa el tamaño final
del monoplaza, además de que es una de las opciones más livianas de las disponibles en el mercado
para implementar en el vehículo.

63
5.4.3 Frenos

En cuanto al sistema de frenos no se debería hacer ningún cambio, ya que el sistema de frenos de
disco es uno de los más seguros. Sin embargo, en caso de querer reducir el número de piezas y hacer
más compacto el scooter, podría implementarse un sistema de freno por control, el cual funcionaría
con un mando de pulgar y sería como el del acelerador, esto simplificaría un poco el sistema, pero
podría ponerse en juego la seguridad del usuario, ya que la respuesta de este tipo de sistemas puede
no ser tan rápida, ni tan efectiva, además de implementar los costos del scooter, ya que no es de un
precio económico.
5.4.4 Ruedas y ejes

Con respecto a lasruedas no se deberías hacer ningún cambio, a menos que se quieran unas ruedas
más pequeñas y por tanto más ligeras, pero las que se usaron para este prototipo dan la altura
necesario para el scooter y además no son un factor realmente influyente en el peso, por otro lado,
si podría modificarse la disposición de las ruedas, y cambiar de tres a dos ruedas, pero esto implicaría
un cambio en el modelo y en la estabilidad del vehículo, que fue una parte importante en el diseño,
con el fin de dar una mayor seguridad al usuario.
En cuanto a los ejes, estos podrían modificarse para dar un mayor radio de curvatura de ser
requerido, sin embargo el sistema actual permite curvar sin problema adicionalmente, es sencillo
de manufacturar, por lo que podría mantenerse y solo hacer algunas correcciones en la longitud del
eje.

CONCLUSIONES

- Los problemas de la movilidad en Bogotá son una posibilidad para la innovación y el
desarrollo de nuevas ideas, ya que, aunque a ciudad está trabajando en nuevos modelos
y sistemas de transporte, el rápido crecimiento de la población requiere de más
alternativas y opciones para mejorar la calidad de los recorridos cotidianos.
- La parte más importante de un proceso de diseño es tener clara la necesidad que se va
a solucionar y de qué manera se va a abarcar, con el fin de plantear de manera correcta
las restricciones y requerimientos del modelo a diseñar.
- El proceso de manufactura aditiva es un proceso innovador que permite llegar a formas
y ensambles que no sería posible mediante otros procesos, sin embargo, es una técnica
que debido a lo reciente de su auge aún no es muy económica, por lo que no siempre
es la mejor opción.
- El filamento PLA usado para la impresión 3D es un material con una muy buena relación
de peso y resistencia, por lo que se espera que nada en la estructura falle debido a un
sobresfuerzo o a una deformación permanente.
- La técnica de manufactura aditiva aún no permite la precisión necesaria para el
ensamble de piezas, además de no tener la capacidad de tamaño para la fabricación de

65
bases de patinetas. En los casos en los que esto es posible, los costos son demasiado
altos, y la solución se hace poco compatible con las disponibles en el mercado.

RECOMENDACIONES

- Para futuros proyectos se recomienda tener un plan de diseño claro y estructurado, con
el fin de abarcar todos los puntos necesarios.
- También se recomienda usar materiales de fácil manufactura y disponibilidad en el
mercado.
- Por último, se recomienda innovar en partes como la batería o el motor, disminuyendo
su peso o tamaño, para lograr un producto final más compacto y versátil.

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motorrad-x2city-mobility-with-a-kick-%E2%80%93-great-versatility-and-zero-
emissions?language=en.
[15] Walberg Urban Electrics GmbH, «EGRET,» 2015. [En línea]. Available:
https://www.my-egret.com/es/home/egret-ten-147.html?&token=EC-
63Y720152T563815R.
[16] Amazon, «Three-Wheeled Scooters,» 2017. [En línea]. Available:
https://www.amazon.co.uk/Three-Wheeled-
Scooters/b?ie=UTF8&node=3581938031.
[17] «Igem,» 2017. [En línea]. Available: http://2015.igem.org/wiki/images/2/24/CamJIC-
Specs-Strength.pdf.
[18] MatWeb, «Aluminum 6061-T6; 6061-T651,» 2017. [En línea]. Available:
http://asm.matweb.com/search/SpecificMaterial.asp?bassnum=ma6061t6.
[19] Antorcha Ingeniería, «Batería Litio,» 2017. [En línea]. Available:
http://www.bicicletas.antorchaingenieria.com/product/21.
[20] SKF, «Ctálogo de rodamientos SKF,» 2017. [En línea]. Available:
http://www.skf.com/binary/89-121486/10000_2-ES---Rolling-bearings.pdf.

ANEXOS

Anexo 1
Encuesta

1. ¿Cuáles de los siguientes medios de transporte usa más frecuentemente durante el día?
a. Bicicleta
b. Bus
c. Taxi
d. Vehículo personal
e. Transmilenio
f. Sitp
g. Caminar
h. Moto

2. ¿Qué distancia suele recorrer en un día por medio de estos tipos de transporte?
a. Menos de 1 km
b. 1 km – 3 km
c. 3 km – 5km
d. 5 km – 7 km
e. 7 km – 10 km
f. Más de 10 km

3. ¿Cuánto tiempo dedica diariamente a transportarse?
a. Menos de 1 hora
b. 1 hora – 1,5 horas
c. 1,5 horas – 2 horas
d. 2 horas – 3 horas
e. 3 horas – 4 horas
f. Más de 4 horas

4. ¿Hay vías para bicicletas en su recorrido diario?
a. Sí b. No

5. ¿Cuáles de los siguientes vehículos eléctricos conoce?

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a. Bicicleta eléctrica
b. Motocicleta eléctrica
c. Patineta eléctrica
d. Segway
e. Scooter eléctrico

6. ¿Cuáles de los siguientes vehículos eléctricos ha utilizado al menos una vez?
a. Bicicleta eléctrica
b. Motocicleta eléctrica
c. Patineta eléctrica
d. Segway
e. Scooter eléctrico
f. Jamás he utilizado un vehículo
eléctrico

7. En caso de tener que reemplazar su medio de transporte diario con un vehículo eléctrico,
¿Cuál de las siguientes opciones preferiría?
a. Bicicleta eléctrica
b. Motocicleta eléctrica
c. Patineta eléctrica
d. Segway
e. Scooter eléctrico

8. ¿Cuáles de las siguientes razones se ajusta a su selección anterior?
a. Facilidad de uso
b. Tiempo
c. Disponibilidad
d. Diseño
e. Comodidad
f. Seguridad
g. Otra

9. En caso de adquirir alguno de los vehículos eléctricos mencionados anteriormente, usted lo
utilizaría para:
a. Ir a la universidad o trabajo b. Dirigirse solo a sitios cercanos

71
c. Actividades de entretenimiento d. Complementar su medio de
transporte actual

10. ¿Cuál es su género?
a. Femenino b. Masculino

11. ¿En cuál de los siguientes rangos se encuentrasu edad?
a. 17 – 20 años
b. 21 – 24 años
c. 25 – 29 años
d. Más de 30 años

Anexo 2
Planoteca
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FECHA UBICACI N COTA INICIAL COTA FINAL FIRMA EST.
NOTA: Aplica para m ximo 3 cotas, siempre y cuando estas no afecten
dr sticamente el dise o de la pieza y el tiempo de fabricaci n.
Facultad de Ingenier a
Depto. Ing. Mec nica
Nombre del proyecto: Nombre de la pieza:
Proyecto de Grado Scoote - 3D 1
Material:
PLA
CANT:
1 A4 Escala:1:2 C digo plano:
Unidades en [mm] - ngulos en [ ]
Tolerancia General: 0,5 mm y 1
TIEMPOEQUIPO
Nombre del Estudiante: C digo:
E-mail: Celular:
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Nombre Profesor:
Observaciones: Fecha Solicitud Servicio: Fecha Reserva Servicio:
Dimensiones Materia Prima:
Largo x Ancho x Alto
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Proyecto de Grado
Juan Pablo Casas
TABLA DE REGISTRO
TIEMPOS:
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FECHA UBICACI N COTA INICIAL COTA FINAL FIRMA EST.
NOTA: Aplica para m ximo 3 cotas, siempre y cuando estas no afecten
dr sticamente el dise o de la pieza y el tiempo de fabricaci n.
Facultad de Ingenier a
Depto. Ing. Mec nica
Nombre del proyecto: Nombre de la pieza:
Proyecto de Grado Scooter - 3D 2
Material:
PLA
CANT:
1 A4 Escala:1:2 C digo plano:
Unidades en [mm] - ngulos en [ ]
Tolerancia General: 0,5 mm y 1
TIEMPOEQUIPO
Nombre del Estudiante: C digo:
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Proyecto de Grado
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NOTA: Aplica para m ximo 3 cotas, siempre y cuando estas no afecten
dr sticamente el dise o de la pieza y el tiempo de fabricaci n.
Facultad de Ingenier a
Depto. Ing. Mec nica
Nombre del proyecto: Nombre de la pieza:
Proyecto de Grado Scooter - 3D 3
Material:
PLA
CANT:
1 A4 Escala:1:2 C digo plano:
Unidades en [mm] - ngulos en [ ]
Tolerancia General: 0,5 mm y 1
TIEMPOEQUIPO
Nombre del Estudiante: C digo:
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Observaciones: Fecha Solicitud Servicio: Fecha Reserva Servicio:
Dimensiones Materia Prima:
Largo x Ancho x Alto
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Proyecto de Grado
Juan Pablo Casas
TABLA DE REGISTRO
TIEMPOS:
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NOTA: Aplica para m ximo 3 cotas, siempre y cuando estas no afecten
dr sticamente el dise o de la pieza y el tiempo de fabricaci n.
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Proyecto de Grado Scooter - 3D 4
Material:
PLA
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Unidades en [mm] - ngulos en [ ]
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Proyecto de Grado
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FECHA UBICACI N COTA INICIAL COTA FINAL FIRMA EST.
NOTA: Aplica para m ximo 3 cotas, siempre y cuando estas no afecten
dr sticamente el dise o de la pieza y el tiempo de fabricaci n.
Facultad de Ingenier a
Depto. Ing. Mec nica
Nombre del proyecto: Nombre de la pieza:
Proyecto de Grado Scooter - 3D 5
Material:
PLA
CANT:
1 A4 Escala:1:2 C digo plano:
Unidades en [mm] - ngulos en [ ]
Tolerancia General: 0,5 mm y 1
TIEMPOEQUIPO
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Largo x Ancho x Alto
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Proyecto de Grado
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ALISTAMIENTO EJECUCI N ENTREGA M QUINA ENTREGA PRODUCTO
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FECHA UBICACI N COTA INICIAL COTA FINAL FIRMA EST.
NOTA: Aplica para m ximo 3 cotas, siempre y cuando estas no afecten
dr sticamente el dise o de la pieza y el tiempo de fabricaci n.
Facultad de Ingenier a
Depto. Ing. Mec nica
Nombre del proyecto: Nombre de la pieza:
Proyecto de Grado Scooter - 3D 6
Material:
PLA
CANT:
1 A4 Escala:1:2 C digo plano:
Unidades en [mm] - ngulos en [ ]
Tolerancia General: 0,5 mm y 1
TIEMPOEQUIPO
Nombre del Estudiante: C digo:
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Largo x Ancho x Alto
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FECHA UBICACI N COTA INICIAL COTA FINAL FIRMA EST.
NOTA: Aplica para m ximo 3 cotas, siempre y cuando estas no afecten
dr sticamente el dise o de la pieza y el tiempo de fabricaci n.
Facultad de Ingenier a
Depto. Ing. Mec nica
Nombre del proyecto: Nombre de la pieza:
Proyecto de Grado Scooter - 3D 7
Material:
PLA
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1 A4 Escala:1:2 C digo plano:
Unidades en [mm] - ngulos en [ ]
Tolerancia General: 0,5 mm y 1
TIEMPOEQUIPO
Nombre del Estudiante: C digo:
E-mail: Celular:
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FECHA UBICACI N COTA INICIAL COTA FINAL FIRMA EST.
NOTA: Aplica para m ximo 3 cotas, siempre y cuando estas no afecten
dr sticamente el dise o de la pieza y el tiempo de fabricaci n.
Facultad de Ingenier a
Depto. Ing. Mec nica
Nombre del proyecto: Nombre de la pieza:
Proyecto de Grado Scooter - 3D 8
Material:
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1 A4 Escala:1:2 C digo plano:
Unidades en [mm] - ngulos en [ ]
Tolerancia General: 0,5 mm y 1
TIEMPOEQUIPO
Nombre del Estudiante: C digo:
E-mail: Celular:
Nombre del Curso:
Nombre Profesor:
Observaciones: Fecha Solicitud Servicio: Fecha Reserva Servicio:
Dimensiones Materia Prima:
Largo x Ancho x Alto
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Proyecto de Grado
Juan Pablo Casas
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TIEMPOS:
ALISTAMIENTO EJECUCI N ENTREGA M QUINA ENTREGA PRODUCTO
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