1

1. INTRODUCCIÓN

1.1 Objetivos de proyecto.

1.1.1 Objetivo general.

El proyecto tiene como objetivo general. Evaluar el impacto económico y ambiental con la conversión de vehículos a energía eléctrica que se alimenten de la red de distribución de baja tensión como aporte a la reactivación económica debida a la crisis sanitaria por el virus CoVid-19. 1.1.2 Objetivos Específicos. El proyecto tiene como objetivos específicos. Estudiar la conversión de vehículos equipados con motor de combustión interna a vehículos que

utilicen el motor eléctrico como sistema de propulsión. Estudiar las baterías de Litio hechas en Bolivia, para conformar un banco de baterías que alimente al vehículo eléctrico objeto de la investigación. 1.2 Justificación.

1.2.1 Cambio climático.

Durante las últimas décadas se ha podido observar que el ser humano está transformando el planeta, situación iniciada en el siglo XIX con la llamada primera Revolución Industrial, causando su degradación que conduce a la creación efectos globales que modifican el ambiente terrestre, acuático y la calidad del aire, tales como la reducción del ozono y el calentamiento global, estos son denominados gases de efecto invernadero (GEI).

Ing. Rodrigo Nicolas Gutiérrez Riveros. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica – IIIE

Universidad Mayor de San Andrés

RESUMEN

Se estudia el procedimiento de conversión de vehículos que utilizan el motor de combustión interna a gasolina como sistema de propulsión, al sistema de tracción eléctrica como propulsión, su impacto ambiental en la reducción de la emisión de gases de efecto invernadero (GEI), incidencia en el consumo red de energía de baja tensión y su aplicación en la reactivación de la economía post confinamiento debido a la pandemia provocada por la enfermedad SARS-CoV-2. Palabras claves: Vehículo eléctrico, emisión de gases, banco de baterías, controlador, motor de combustión interna.

ABSTRACT

The procedure for converting vehicles that use the internal combustion engine to gasoline as a propulsion system, to the electric traction system as propulsion, its environmental impact in reducing the emission of greenhouse gases (GHG), incidence in the consumption of the low voltage power grid and its application in the reactivation of the post-confinement economy due to the pandemic caused by the SARS-CoV-2 disease. Keywords: Electric vehicle, gas emission, battery bank, controller, internal combustion engine.

CONVERSIÓN DE VEHÍCULOS AL SISTEMA DE TRACCIÓN ELÉCTRICA

2

El uso de la gasolina y el diesel en el transporte terrestre ha ocasionado contaminación ambiental del aire, su utilización en el transporte terrestre significa la emisión de gases contaminantes generados por el motor de combustión interna alternativo (MCIA), gases como el monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), óxidos nítricos (NOx), dióxido de azufre (SO2) e hidrocarburos (HC), son liberados al medio ambiente día tras día. Las emisiones de CO2 procedentes de la quema de combustibles fósiles producen el efecto invernadero. Los niveles de los principales gases de efecto invernadero de larga duración, dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y óxido nitroso (N2O) han alcanzado niveles récord. La última vez que la atmósfera de la Tierra contenía 400 partes por millón de CO2 fue hace unos entre 3 y 5 millones de años, cuando la temperatura media global de la superficie era de 2 a 3 grados más cálida que hoy, las capas de hielo en Groenlandia y la Antártida Occidental se derritieron y partes del hielo de la Antártida Oriental se cayeron, todo lo cual causó un aumento del nivel global del mar de 10 a 20 metros en comparación con el actual nivel del mar. En 2018, la concentración global de CO2 fue de 407,8 partes por millón (ppm), 2,2 ppm más que en 2017. Los datos preliminares de un conjunto de sitios de monitoreo de gases de efecto invernadero para 2019 indican que las concentraciones de dióxido de carbono están en camino de alcanzar o incluso superar 410 partes por millón para finales de 2019. (Taalas, Srivastava, 2019, p.13).

1.2.2 La industria del automóvil y las emisiones de GEI.

Un informe elaborado por la organización ecologista Greenpeace en septiembre del año 2019 señala. La huella de carbono de la industria del automóvil en 2018 equivale al 9% del total anual de emisiones globales de gases de efecto invernadero (GEI). En total, los 12 fabricantes de vehículos analizados en este informe son responsables de 4,3 giga toneladas [Gt] de CO2. Extrapolando de esto, toda la industria con los 86 millones de autos que se vendió en 2018, se estima que es responsable de una huella de carbono combinada de 4,8 [Gt] CO2 e, igual al 9% del total de las emisiones globales de GEI. (Stephan, Lee, Kim, 2019, p2). El secretario general de la ONU cito. El coronavirus

es una enfermedad que esperamos que sea temporal, con impactos temporales, pero el cambio climático ha estado allí por muchos años y se mantendrá por muchas décadas, y requiere de acción continua. No vamos a combatir el cambio climático con un virus. Aunque se le debe dar toda la atención necesaria, no podemos olvidarnos de la lucha contra el cambio climático, y los demás problemas que enfrenta el mundo. (Antonio, 2020).

1.2.3 El VE como estrategia para la mitigación

de GEI. A nivel mundial han surgido diferentes estrategias de mitigación de emisiones de GEI en el transporte, las cuales tienen como foco principal lo relacionado a evitar viajes, cambiar a modalidades más sostenibles y mejorar la eficiencia de estos. Entre las estrategias más representativas se pueden mencionar: a) Un transporte público atractivo, seguro y confiable; b) Atención a los espacios para impulsar el transporte no motorizado; c) Eliminación de subsidios; d) Gestión del estacionamiento; e) Capacidad de las vialidades; f) Carga multimodal y g) Eficiencia energética vehicular y cambio de combustible, por ejemplo, a vehículos eléctricos. (Rios, Arangano, Vicentini, Daunas, 2013, p18).

1.2.4 Potencia efectiva y demanda máxima en Bolivia.

Tomando como referencia el reporte anual correspondiente al año 2018 de la Empresa Nacional de Electricidad (ENDE) se extrae:

Potencia efectiva = 2236.89 [MW] Máxima demanda 2018 = 1511.21 [MW] Reserva de potencia = 725.68 [MW]

Bolivia en la actualidad cuenta con una sobre oferta de energía eléctrica, que pude ser utilizada para alimentar el consumo de los VE a largo plazo, disminuyendo de esta manera la subvención a los hidrocarburos.

3

Figura 1: Potencia efectiva y demanda máxima.

Fuente: ENDE. Bolivia cuenta con gran potencial de generación e importantes características propicias para la exportación de energía eléctrica en relación con sus países vecinos. • Posee gran potencial de energía renovable en relación a su demanda, destacando que al 31 de diciembre de 2018 se tiene 425,38 megavatios MW efectivos en centrales hidroeléctricas que corresponden al 0,7% de utilización del potencial hidroeléctrico técnico de toda Bolivia 62,351 MW. • Estratégica ubicación geográfica en la región, encontrándose en medio de países que son grandes consumidores de energía, como Brasil y Argentina, que de acuerdo a datos del año 2017, alcanzaron demandas máximas coinciden tales de 85.699 y 25.628 megavatios MW respectivamente. • Comparando con la demanda máxima existente en Bolivia para el mismo año de 1.459 MW, se observa un escenario en el cual se vislumbran potencialidades de exportar energía eléctrica. (ENDE, 2018, p183).

1.3 Estado del arte.

1.3.1 El Vehículo Eléctrico (VE).

Un vehículo eléctrico (VE) es un vehículo de

combustible alternativo impulsado por uno o más motores eléctricos. La tracción puede ser proporcionada por ruedas o hélices impulsadas por motores rotativos, o en otros casos utilizar otro tipo de motores no rotativos, como los motores lineales, los motores inerciales, o aplicaciones del

magnetismo como fuente de propulsión, como es el caso de los trenes de levitación magnética.

A diferencia de un motor de combustión interna

que está diseñado específicamente para funcionar quemando combustible, un vehículo eléctrico obtiene la tracción en las ruedas a través de los motores eléctricos, pero la energía puede ser suministrada de los modos siguientes:

- Alimentación externa del vehículo durante

todo su recorrido, con un aporte constante de energía, como es común en el tren eléctrico y el trolebús.

- Energía proporcionada al vehículo en forma

de un producto químico almacenado en el vehículo que, mediante una reacción química producida a bordo, produce la electricidad para los motores eléctricos. Ejemplo de esto es el coche híbrido no enchufable, o cualquier vehículo con pila de combustible.

- Energía generada a bordo usando energía

nuclear, como son el submarino y el portaaviones nuclear.

- Energía generada a bordo usando energía

solar generada con placas fotovoltaicas, que es un método no contaminante durante la producción eléctrica, mientras que los otros métodos descritos dependen de si la energía que consumen proviene de fuentes renovables para poder decir si son o no contaminantes.

- Energía eléctrica es suministrada al VE

cuando está parado, la energía es almacenada en un banco de baterías recargable, y que luego consume durante su desplazamiento.

Las principales formas de almacenamiento son de la energía eléctrica son:

• Energía química almacenada en las

baterías, que pude ser tipo plomo-acido de alta densidad de carga, o más recientemente de Litio LiFePo4.

• Energía eléctrica almacenada en súper

condensadores, tecnología aún muy experimental.

También es posible disponer de vehículos eléctricos híbridos, cuya energía eléctrica proviene de múltiples fuentes, tales como:

4

• Almacenamiento de energía recargable y un

sistema basado en la quema de combustibles, incluye la generación eléctrica con un motor de combustión y la propulsión mixta con motor eléctrico y de combustión.

2. MATERIALES Y MÉTODOS.

2.1 Materiales. La materia principal y objeto del estudio es un vehículo con motor a gasolina, que será sometido al proceso conversión a EV, el cual tiene las siguientes características de construcción:

Tipo de vehículo: Automóvil Marca: Mazda Modelo: Capella Año de fabricación: 1997 Peso bruto: 1180 [Kg] Tipo de motor: CE04D16 Tipo de transmisión: 4EC-Automatica. Cilindrada: 1800 [c.c.] Torque máximo del motor@ 4000 (rpm): 154 [Nm] Dirección: Asistida hidráulica. Capacidad de pasajeros: 5 [pasajeros]

Figura 2: Vehículo objeto de la investigación. Fuente: IIIE.

Figura 3: Vehículo objeto de la investigación.

Fuente: IIIE.

Figura 4: Vehículo objeto de la investigación. Fuente: IIIE.

El proceso de conversión de un vehículo a combustión interna a VE, consiste en el retiro del motor a gasolina, su posterior adecuación o preparación, para luego instalar del motor eléctrico su sistema de control y el banco de baterías. Por lo tanto, se puede marcar dos claras etapas del proceso de conversión a VE: 2.1.1 Materiales para la etapa de adecuación. Esta etapa los materiales a ser utilizados son:

- Cremallera de dirección mecánica. - Soportes para el motor eléctrico y

transmisión mecánica. - Bomba de vacío para el freno de potencia. - Pedal para el embrague. - Base para el controlador del motor eléctrico.

2.1.2 Materiales para la etapa de instalación del motor eléctrico. Los materiales utilizados durante esta etapa son:

- Motor eléctrico. - Controlador del motor eléctrico. - Pedal del acelerador. - Banco de baterías LiFePo4. - Cargador para el banco de baterías. - Conductores. - Relé eléctrico. - Convertido DC/DC. - Elementos de fijación para el conjunto motor

eléctrico – transmisión.

Componente VE Descripción

5

Motor de corriente alterna

de potencia nominal 15 [kW],

peso 45 [Kg], Toque máximo = 150

[Nm] @ 300 [A]

Pieza de

acoplamiento entre el motor

Eléctrico y la transmisión, soporte

del motor y transmisión.

Controlador del motor eléctrico, está

conectado al banco de baterías y

al motor eléctrico.

Pedal de acelerador (potenciómetro),

permite variar la velocidad del motor

eléctrico está conectado al

controlador del motor.

Relé eléctrico que sirve al mismo fin que

el interruptor de contacto del VE.

Cuando la llave está a la posición de

encendido, se cierra el circuito para

permitir el paso de corriente al controlador.

Llave seccionadora, dispositivo de seguridad que

desconecta al banco de baterías del

circuito durante una emergencia.

Fusible principal, protege el sistema

ante un posible corto circuito o sobre

corriente, también se utilizará fusibles en

cada un grupo de baterías.

Convertidor DC/DC de 96 [V] a 12 [v], tiene la función de

convertir el voltaje del banco de baterías

para cargar la batería de 12 [v] que

energiza las luces, accesorios, limpia

parabrisas, etc.

Tabla N°1: Descripción de componentes para la conversión a VE. Fuente: IIIE

2.2 Metodología de investigación, método cualitativo.

La investigación estará centrada en la comprensión experimental del fenómeno de conversión del vehículo objeto del estudio, su observación y evaluación, dentro una realidad dinámica y de forma participativa.

En la investigación cualitativa no hay un diseño

único y óptimo, sino un rango de opciones a elegir. La elección del diseño, los métodos de recolección de datos y las estrategias de muestreo y análisis, dependen no solo de los propósitos del estudio y de las preguntas planteadas, sino de lo que parece rendir los mejores dividendos (sobre la base de cuidadosos ensayos de terreno) y de los recursos disponibles. (Herrera, Guevara, Munster, 2015).

2.3 Método de conversión a VE. Los trabajos de conversión a VE se efectúan en dos etapas:

- Etapa de adecuación del vehículo.

- Etapa de instalación del nuevo sistema de tracción eléctrica.

2.3.1 Etapa de adecuación del vehículo. Las tareas pertenecientes a esta etapa de adecuación están dirigidas a la preparación de las partes y sistemas que serán sometidos al proceso de conversión, también se contempla el registro de las características de funcionamiento del vehículo antes de su conversión, así como el inventario de piezas y partes.

6

Desmontaje del motor de combustión interna, sistema de aire de admisión, escape de gases, sistema de refrigeración y el tanque de combustible, esas son las tareas que se realizan en el habitáculo donde se encuentra el motor de combustión. También se realiza la extracción de fluidos de los sistemas de dirección, combustible, lubricación y refrigeración del motor.

Figura 5: Desmontaje del motor de combustión y

transmisión. Fuente: IIIE.

Figura 6: Motor de combustión y transmisión fuera

del vehículo. Fuente: IIIE.

Figura 7: Motor de combustión interna. Fuente:

IIIE.

Figura 8: Desmontaje de los asientos de la cabina.

Fuente: IIIE. Otra tarea perteneciente a la adecuación es el desmontaje de panel de instrumentos, Figura 9, con la finalidad de instalar el sistema eléctrico de control del motor eléctrico.

Figura 9: Desmontaje de panel de instrumentos.

Fuente: IIIE.

7

Figura 10: Desmontaje de la columna y volante de

dirección. Fuente: IIIE. También es necesario llevar tareas de adecuación de sistema de dirección, Figura 11, debido a que el sistema antes de conversión es hidráulico, trabaja con una bomba hidráulica la misma está conectada a la correa de transferencia del eje cigüeñal del motor de combustión interna. La tarea de adecuación del sistema de dirección consiste en cambiar la cremallera de dirección hidráulica al sistema enteramente mecánico, Figura 13.

Figura 11: Cremallera de dirección hidráulica.

Fuente: IIIE.

Figura 12: Desmontaje de la columna de dirección.

Fuente: IIIE

Figura 13: Cremallera de dirección mecánica.

Fuente: IIIE.

Figura14: Tablero de instrumentos. Fuente: IIIE.

Figura15: Desmontaje soporte principal de panel

de instrumentos. Fuente: IIIE. Las tareas de adecuación también contemplan la fabricación de los soportes que fijaran y absorberán las vibraciones que se generen durante el funcionamiento del conjunto motor eléctrico - transmisión y el movimiento de desplazamiento del EV, Figura 16-17.

Figura 16: Fabricación del soporte transversal

motor - transmisión. Fuente: IIIE.

8

Figura 17: Fabricación del soporte anti vibración

motor - transmisión. Fuente: IIIE La primera etapa de adecuación no ha sido concluida, en la actualidad se terminaron con las tareas de adecuación del sistema de dirección y en la actualidad, Figura 13, se trabaja en adecuación de los soportes del conjunto motor – generador, Figura 17. 2.3.2 Etapa de instalación del nuevo sistema de tracción eléctrica. Esta etapa consiste en la instalación de todos los componentes del sistema eléctrico de control del motor, al presente se espera recibir los componentes eléctricos, motor eléctrico, controlador, pedal del acelerador, etc., para poder realizar la correspondiente instalación en el VE. Una tarea correspondiente a esta etapa consiste en el diseño y construcción del banco de baterías para el VE. Uno de los objetivos del proyecto es el diseño y construcción del banco de baterías para ser utilizado en el VE, en su construcción se utilizará las baterías de Litio fabricadas en Bolivia por Yacimiento de Litio Bolivianos (YLB).

Figura 18: Batería Litio y BMS de YLB. Fuente:

IIIE. El diseño del banco de baterías está siendo desarrollado por el Univ. Luis Hugo Mamani Espinoza, como tema de Proyecto de Grado, en la carrera de Ingeniería Eléctrica. Características de la batería de Litio LiFePo4 YLB.

Figura 19: Modelado 3D de la batería Litio YLB.

Fuente: IIIE.

Características de la batería YLB:

Tensión Nominal por celda = 3.2 [v] Potencia Nominal por celda = 32 [Wh] Peso de cada batería = 295 [gr]

Características del banco de baterías para el VE: Potencia nominal del banco = 14.4 [KWh] Corriente nominal = 150 [Ah] Tensión nominal banco de baterías = 96 [v]. Cantidad celdas o baterías LiFePo4 = 450 [un] Conexión de las celdas = serie, paralelo. Cantidad de BMS = 57 [un] Peso aproximado del banco de baterías = 140 [Kg]

9

Figura 20: Diagrama banco de baterias. Fuente:

IIIE.

3. RESULTADOS.

Como resultado del trabajo de investigación se analizará el Decreto Supremo N°4114 del 12/12/2019, que modifica las alícuotas del gravamen arancelario y del impuesto a los consumos específicos, a la importación de vehículos convertidos a VE en zonas francas industriales dentro de territorio del Estado Plurinacional de Bolivia.

3.1 Análisis económico, ventajas en el arancel aduanero para la importación de vehículos convertidos al sistema de tracción eléctrica en el Estado Plurinacional de Bolivia.

El Decreto Supremo N° 4114 indica en su artículo único indica: ARTÍCULO ÚNICO. - Se modifica las alícuotas del Gravamen Arancelario y del Impuesto a los Consumos Específicos - ICE, este último aplicable tanto a mercado interno como a la importación, para vehículos propulsados únicamente con Motor eléctrico, que en Anexo forma parte indivisible del presente Decreto Supremo.

Figura 21: Anexo Decreto Supremo N°4114.

Fuente: Gaceta oficial de Bolivia. Realizando el análisis correspondiente al indicado Decreto Supremo se puede obtener las siguientes conclusiones, correspondientes al escenario de importación de vehículos convertidos al sistema de tracción eléctrica en zonas francas dentro el Estado Plurinacional de Bolivia. Para realizar el análisis se tomará dos ejemplos de importación, en el primer ejemplo se compara dos vehículos de transporte de pasajeros, el primero con motor a gasolina y el segundo con motor eléctrico. El segundo ejemplo pertenece a un vehículo tipo minibús, utilizado en nuestro medio para el transporte de mercaderías y de pasajeros, de servicio particular como público. El objetivo es demostrar las ventajas económicas en materia de impuestos, si se importan VE convertidos al interior de zonas francas industriales a nivel nacional. De esta forma reactivar la economía post confinamiento. Es importante aclarar que los valores de referencia para estos dos ejemplos han sido extraídos de la página web oficial perteneciente a la Aduana Nacional de Bolivia, https://www.aduana.gob.bo/aduana7/. En la cual podemos obtener valores referenciales FOB http://anbsw01.aduana.gob.bo:7601/precref/, que servirán para hacer el respectivo cálculo de los impuestos de importación de los vehículos, Figura 22-23. a) Primer ejemplo:

10

Figura 22: Valor FOB $us.-14432 tablas Aduana de Bolivia. Fuente: Aduana de Bolivia.

Comparación importación de vehículos Primer ejemplo

Vehículo con motor a gasolina

Año de fabricación 2019

Vehículo con motor eléctrico

Año de fabricación 2019

Marca: Toyota Año de fabricación: 2019. Tipo: Probox. País de origen: Japón Clase: Vagoneta. Subtipo: DX. Motor: Combustión interna. Cilindrada: 1500 [cc]. Combustible: Gasolina

Marca: Toyota Año de fabricación: 2019. Tipo: Probox. País de origen: Japón Clase: Vagoneta. Subtipo: DX. Motor: Eléctrico. Potencia: 20 [HP] Partida arancelaria: 8703.80.90.90

Impuestos para la importación vehículo a gasolina: Gravamen Aduanero (GA) = 10% Impuesto valor agregado (IVA) = 14.94% Impuesto consumo especifico (ICE) = 15%

Impuestos para la importación vehículo motor eléctrico (Decreto supremo 4114): Gravamen Aduanero (GA) = 0 Impuesto valor agregado (IVA) = 14.94% Impuesto consumo especifico (ICE) = 0

Valor FOB en tablas de la Aduana de Bolivia, Figura 20.

Valor FOB en tablas de la Aduana de Bolivia, Figura 20.

FOB = 14432 [$us] CIF = 12354 [$us] Ivg = Impuesto a pagar = 5303 [$us]

FOB = 14432 [$us] CIF = 12354 [$us] Ive = Impuesto a pagar = 1846 [$us]

Ventaja económica VE: Ve = Ivg – Ive = 5303-1846 = 3457 [$us] Diferencia= 3457 [$us]

b) Segundo Ejemplo:

Figura 23: Valor FOB $us. 21426 tablas Aduana

de Bolivia. Fuente: Aduana de Bolivia.

Comparación importación de vehículos Segundo caso

Vehículo con motor a gasolina

Año de fabricación 2019

Vehículo con motor eléctrico

Año de fabricación 2019

Marca: Toyota Año de fabricación: 2019. Tipo: Hiace. País de origen: Japón Clase: Minibus. Subtipo: DX. Motor: Combustión interna. Cilindrada: 2000 [cc]. Combustible: Gasolina

Marca: Toyota Año de fabricación: 2019. Tipo: Hiace. País de origen: Japón Clase: Minibus. Subtipo: DX. Motor: Eléctrico. Potencia: 30 [HP] Partida arancelaria: 8702.40.90.00

Impuestos para la importación

Impuestos para la importación vehículo

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vehículo a gasolina: Gravamen Aduanero (GA) = 10% Impuesto valor agregado (IVA) = 14.94% Impuesto consumo especifico (ICE) = 15%

motor eléctrico (Decreto supremo 4114): Gravamen Aduanero (GA) = 0 Impuesto valor agregado (IVA) = 14.94% Impuesto consumo especifico (ICE) = 0

Valor FOB en tablas de la Aduana de Bolivia, Figura 21. FOB = 21426[$us] CIF = 12354 [$us] Ivg = Impuesto a pagar = 7875 [$us]

Valor FOB en tablas de la Aduana de Bolivia, Figura 21. FOB = 21426 [$us] CIF = 12354 [$us] Ive = Impuesto a pagar = 2740 [$us]

Ventaja económica VE: Ve = Ivg – Ive = 7875-2740 = 5135 [$us] Diferencia= 5135 [$us]

4. DISCUSIÓN.

Los estudios para la utilización de las baterías de litio fabricas por YLB para la conformación del banco de baterías para el VE necesitan estudios adicionales referentes al manejo de carga y descarga, labor que cumple el módulo BMS proporcionado por YLB, cada BSM controla 8 baterías o celdas, en el caso del banco de baterías se conectaran 450 baterías en serie y paralelo, por tal motivo es necesario estudios adicionales abordando el tema del manejo del banco de baterías. Con el objetivo de medir la potencia y par real del motor eléctrico, posterior certificación y clasificación, en cumplimiento del proceso de conversión a VE, es necesario que el Instituto de Investigaciones Ingeniería Eléctrica, adquiera de un banco de pruebas o ensayos para motores eléctricos para EV, esto con el objetivo de certificar motores eléctricos que serán instalados en el proceso de conversión.

5. Conclusiones Como se observó en el punto 3.1, gracias al Decreto Supremo N°4114, donde hay un evidente recorte de la cantidad de impuestos a la importación de

vehículos eléctricos (GA=0, ICE=0), este recorte de impuestos significa un ahorro monetario, este mismo ahorro puede cubrir una parte del costo de conversión del vehículo a VE al mismo tiempo que se generaran nuevas fuentes de empleo en el escenario de la post cuarentena debido a la pandemia debida al corona virus. Las ventajas para el Estado Plurinacional de Bolivia estarían principalmente orientadas al ahorro de recursos económicos destinados a la subvención de hidrocarburos.

En 2019, el país gastó la mitad de sus ingresos obtenidos por la venta de gas natural en la importación de combustibles, reveló ayer el presidente de Yacimientos Petrolíferos Fiscales Bolivianos (YPFB). La importación de diésel en 2019 sumó 700 millones de dólares, y de gasolina especial 300 millones de dólares; eso significa que el costo de importación de combustible fue de 1.000 millones de dólares, versus los ingresos que tenemos por la venta de gas, que aproximadamente son 2.000 millones de dólares”, afirmó el titular de la petrolera”. (página siete.2020).

El año 2019 se destinó 1000 millones de dólares a la subvención de hidrocarburos, la importación vehículos convertidos al sistema de tracción eléctrica representaría un ahorro en su subvención de hidrocarburos. Desde el punto de vista media ambiental, el uso de combustibles derivados del petróleo en el transporte (gasolina y diésel) ha ocasionado un deterioro progresivo del medio ambiente (contaminación ambiental del aire), su consumo significa un nivel de emisiones muy elevadas de dióxido de carbono y otros gases contaminantes, estas emisiones están acelerando el cambio climático de forma exponencial ocasionando innumerables catástrofes ecológicas, la conversión de motorizados a VE, ocasionaría un reducción de la contaminación del aire de la ciudades y a la vez una reducción en la emisión de gases de efecto invernadero en las ciudades del País.

6. BIBLIOGRAFÍA.

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7. ANEXOS Y APÉNDICES.

Anexo 1

Características del vehículo objeto de estudio.

Figura 24: Anexo Decreto Supremo N°4114.

Fuente: Gaceta oficial de Bolivia. Tipo de vehículo: Automóvil Marca: Mazda Modelo: Capella Año de fabricación: 1997 Peso bruto: 1180 [Kg] Tipo de motor: CE04D16 Tipo de transmisión: 4EC-Automatica. Cilindrada: 1800 [c.c.]

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Fac

Fa

Fr

N

P

Torque máximo motor @ 4000 (rpm): 154 [Nm] Dirección: Asistida hidráulica.

Anexo 2 Memoria de cálculos

En esta sección se realizan los cálculos necesarios para la selección de los componentes del VE y sus características de funcionamiento. Para realizar los cálculos necesarios se tomarán los valores de un vehículo experimental con características simulares a los vehículos que circulan en el parque automotriz de la ciudad de La Paz. Datos: Para determinar la potencia mínima del motor eléctrico se utilizará: Masa del vehículo objeto Mazda Capela = 1180 Kg Capacidad tanque de combustible = 50 litros Gravedad ciudad de La Paz = 9.775 m/s2 Coeficiente de resistencia a la rodadura asfalto, µr = 0.015 𝜌𝑔𝑎𝑠𝑜𝑙𝑖𝑛𝑎 = 0.76 g/cm3 (95 octanos)

𝜌𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑒𝑛 𝐿𝑎 𝑃𝑎𝑧 = 1.21 𝐾𝑔/𝑚3

S = 2 [m2 ] (superficie frontal del automóvil) Cx = 0.3 (Coeficiente aerodinámico) V = 40 [Km/h] = 11.11 [m/s] t=30 [s] Cálculo:

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒

= 50 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜 ∗1000𝑐𝑚3

1 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜

∗ 0.76𝑔

𝑐𝑚3∗

1𝐾𝑔

1000𝑔= 38 [𝐾𝑔]

Cálculo de la masa del vehículo convertido más pasajeror (Pv): Mv = 1180 [Kg] – 300 [Kg] (motor) – 38 [Kg]

(masa combustible) + 140 [Kg] (banco de baterías) + 50 [Kg] (motor eléctrico) + 250 [Kg] (pasajeros + equipaje) =

Mv = 1282 [Kg]

a) Desplazamiento sobre una superficie plana.

Figura 25: representación de fuerzas que actúan

sobre en vehículo en una superficie plana. Fuente: IIIE.

Cálculo de la fuerza debida al peso del vehículo

sobre el piso (Fv):

𝑃 = 𝑀𝑣 ∗ 𝑔 = 1282[𝐾𝑔] ∗ 9.775𝑚

𝑠2

= 12531.55 [𝑁] Cálculo de la fuerza resistencia a la rodadura (Fr):

Fr = µr * Mv*g = 0.015* 1282[Kg] * 9.775[𝑚

𝑠2 ]=

187.97 [N] Cálculo de fuerza de fricción del aire (Ff):

𝐹𝑓=1

2∗ 𝜌𝑎𝑖𝑟𝑒 𝐿𝑎 𝑃𝑎𝑧 ∗ 𝑆 ∗ 𝐶𝑥 ∗ 𝑉12 =

1

2∗ 1.21[

𝐾𝑔

𝑚3] ∗

2 [𝑚2] ∗ 0.3 ∗ [40 ∗𝐾𝑚

ℎ∗

1000 𝑚

1 𝐾𝑚∗

1 ℎ

60 𝑚𝑖𝑛∗

1 𝑚𝑖𝑛

60 𝑠]

2 ………(1)

𝐹𝑓 = 44.80 [𝑁] Para una velocidad final de 40 [Km/h], Vo = O, t = 30[s].

𝑡 =𝑉𝑓 − 𝑉0

𝑎

𝑎 =𝑉𝑓

𝑡=

11.11[𝑚𝑠 ]

30[𝑠]= 0.37[

𝑚

𝑠2]

Segunda ley de Newton:

∑ 𝐹𝑋 = 𝑚𝑣 ∗ 𝑎

𝐹𝑎𝑐 − 𝐹𝑎 − 𝐹𝑟 = 𝑀𝑣 ∗ 𝑎

𝐹𝑎𝑐 = 1282 [𝐾𝑔] ∗ 0.37 [𝑚

𝑠2] + 44.80[𝑁]

+ 187.97[𝑁]

𝐹𝑎𝑐 = 707.58 [𝑁]

Fuerza de arranque = Farr = Fac = 707.58 [N] Fuerza de régimen = Freg = Fa + Fr = 232.77 [N]

14

Potencia de arranque en superficie plana:

𝑃𝑎𝑟𝑟 =𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜

𝑡=

𝐹𝑎𝑐∗𝑑

𝑡= 𝐹𝑎𝑐 ∗ 𝑉 = 707.53[𝑁] ∗

11.11 [𝑚

𝑠] = 7861.26[𝑊] = 7.86 [𝐾𝑊]

Potencia de régimen:

𝑃𝑟𝑒𝑔 =𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜

𝑡=

𝐹𝑟𝑒𝑔∗𝑑

𝑡= 𝐹𝑟𝑒𝑔 ∗ 𝑉 = 232.77[𝑁] ∗

11.11 [𝑚

𝑠] = 2586.07 [𝑊] = 2.58 [𝐾𝑊]

Cálculo potencia en pendiente: Gravedad ciudad de La Paz = 9.775 m/s2 Coeficiente de resistencia a la rodadura asfalto, µr = 0.015 𝜌𝑔𝑎𝑠𝑜𝑙𝑖𝑛𝑎 = 0.76 g/cm3 (95 octanos)

𝜌𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑒𝑛 𝐿𝑎 𝑃𝑎𝑧 = 1.21 𝐾𝑔/𝑚3 S = 2 [m2 ] (superficie frontal del automóvil) Cx = 0.3 (Coeficiente aerodinámico) V = 20 [Km/h] = 5.55 [m/s] t=40 [s] Mv=1282 [Kg] 𝜓 = 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = 7.5 °

Figura 26: Diagrama de cuerpo libre. Fuente:

https://scielo.conicyt.cl/pdf/infotec/v28n2/art04.pdf

Fte = Fuerza de tracción que impulsa al VE. Frr = Fuerza de fricción entre la superficie a rodar y los neumáticos. Fad = Fuerza de fricción con el aire. Fhc = Componente del peso del VE a lo largo de la pendiente.

𝐹𝑡𝑒 = 𝑚 ∗ 𝑎 + 𝐹𝑟𝑟 + 𝐹𝑎𝑑 + 𝐹ℎ𝑐

𝐹𝑡𝑒 = 𝑚 ∗ 𝑎 + 𝜇𝑟 ∗ 𝑚 ∗ 𝑔 ∗ cos(𝜓) +1

2∗ 𝜌𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑒𝑛 𝐿𝑎 𝑃𝑎𝑧

∗ 𝑆 ∗ 𝐶𝑥 ∗ 𝑉𝑎2 + 𝑚 ∗ 𝑔 ∗ 𝑠𝑒𝑛(𝜓)

𝐹ℎ𝑐 = 𝑚 ∗ 𝑔 ∗ 𝑠𝑒𝑛(𝜓)

= 1282 [𝐾𝑔] ∗ 9.775 [𝑚

𝑠2] ∗ 𝑠𝑒𝑛(7.5)

= 1635.69 [𝑁]

𝐹𝑎𝑑 =1

2∗ 𝜌𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑒𝑛 𝐿𝑎 𝑃𝑎𝑧 ∗ 𝑆 ∗ 𝐶𝑥 ∗ 𝑉2

=1

2∗ 1.21 [

𝐾𝑔

𝑚3] ∗ 2 [𝑚3] ∗ 0.3

∗ (5.55 [𝑚

𝑠])

2

= 11.18 [𝑁]

𝐹𝑟𝑟 = 𝜇𝑟 ∗ 𝑚 ∗ 𝑔 ∗ cos(𝜓)

= 0.015 ∗ 1282 ∗ 9.775 ∗ cos(7.5)= 186.36 [𝑁]

Para la aceleración:

𝑡 =𝑉𝑓 − 𝑉𝑜

𝑎 ; 𝑠𝑖 𝑉𝑜 = 0, 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑒𝑗𝑎𝑚𝑜𝑠, 𝑎

𝑎 =𝑉𝑓

𝑡 ; 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 = 40 [𝑠]

𝑎 =5.55 [𝑚/𝑠]

40 [𝑠]= 0.137[𝑚/𝑠2]

Entonces: 𝐹𝑡𝑒 = 𝑀𝑣 ∗ 𝑎 + 𝐹𝑟𝑟 + 𝐹𝑎𝑑 + 𝐹ℎ𝑐

𝐹𝑡𝑒 = 1282 [𝐾𝑔] ∗ 0.137 [𝑚

𝑠2] + 186.36 [𝑁]

+ 11.08 [𝑁] + 1635.69 [𝑁]

𝐹𝑡𝑒 = 2008.76 [𝑁] Potencia de arranque en pendiente:

𝑃𝑎𝑟𝑟𝑝 =𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜

𝑡=

𝐹𝑡𝑒∗𝑑

𝑡= 𝐹𝑡𝑒 ∗ 𝑉 = 2008.76[𝑁] ∗

5.55 [𝑚

𝑠] = 11148.64 [𝑊] = 11.14 [𝐾𝑊]

Potencia de arranque en pendiente:

𝑃𝑎𝑟𝑟𝑝 = 11.14 [𝐾𝑊]

Potencia de arranque en superficie plana:

𝑃𝑎𝑟𝑟 = 7.86 [𝐾𝑊] Potencia de arranque de régimen:

𝑃𝑟𝑒𝑔 = 2.58 [𝐾𝑊]

Cálculo de la potencia mínima del motor considerando 25% perdidas (Bel, Udrizard, 2018, p4 G-PFC-1706A).

15

Pmin = Parrp * 1.25 =11.14 [KW] * 1.25 = 13.86 [KW]

Anexo 3 Dimensionamiento del banco de baterías

Características eléctricas del motor: Tensión nominal = 96 [v] Torque nominal = 70 [Nm] Torque máximo = 150 [Nm] Potencia nominal = 15 [KW] Potencia máxima = 28 [KW] Corriente nominal = 156 [A] Corriente máxima = 300 [A] Velocidad nominal = 2200 [rpm] Velocidad máxima = 7000 [rpm] Características de las baterías de YLB LiFePo4:

tensión Nominal por celda = 3.2 [v] Potencia Nominal por celda = 32 [Wh] Peso de una batería = 295 [gr]

Características del banco de baterías del VE:

Potencia nominal del banco = 14.4 [KWh] Corriente nominal = 150 [Ah] tensión nominal banco de baterías = 96 [v]. Cantidad celdas LiFePo4 = 450 [unidades] Conexión de las celdas = serie, paralelo. Cantidad de BMS = 57 [unidades]. Peso del banco aprox. = 140 [Kg].