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DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

CARRERA DE INGENIERIA ELECTROMECÁNICA

PROYECTO INTEGRADOR III PERFIL DEL PROYRECTO AUTORES: PILLAJO ÑACATO CRISTHIAN DAVID CASTILLO GIORGINO GUSTAVO

DIRECTOR: ING. MARIO JIMENEZ

LATACUNGA 2019

1. Tema: “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE ESTACIÓN ELECTROLINERA SOLAR PARA PROVEER ENERGÍA PARA RECARGAR LA BATERÍA DE UN COCHE ELÉCTRICO.” 2. Unidad responsable 

Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Extensión Latacunga



Departamento de Eléctrica y Electrónica



Carrera de Ingeniería Electromecánica

3. Responsables del proyecto Pillajo Ñacato Cristhian David Kelvin Gustavo 4. Colaboradores científicos Ing. Washington Freire Ing. Mario Jimenez 5. Área de Influencia Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Extensión Latacunga 5.1 Área de Inter Estudiantes de la carrera de Ingeniería Electromecánica 5.2 Área de influencia directa Estudiantes de la materia de energías renovables, electrónica de potencia, etc. 6. Líneas de Investigación

7. Sublineas de Investigación 8. Programas de investigación 9. Grupo de investigación 10. Red de investigación 11. Antecedentes UTA construye la primera electrolinera del país (2016) establece que “En el desarrollo de la electrolinera he tenido que aprender muchas cosas además de aplicar los conocimientos que he recibido en mi formación profesional. Con el grupo de investigadores nos hemos esforzado al operar estos equipos especializados. Fue

realmente sorprendente saber que es la primera en el país y que, además, este será un proyecto piloto que será aplicado en la selva ecuatoriana”, indicando así que el proyecto piloto fue una investigación ardua tanto de la universidad como de la comunidad científica ecuatoriana, el proyecto de una electrolinera acarrea un cambio en la forma de utilización de la energía y de la movilidad de los ecuatorianos, adoptando así al vehículo eléctrico como una solución a la contaminación ambiental y a la reducción de la utilización de combustibles fósiles. Roberto Carrión Cevallos (2019) aclara en una entrevista al diario El Universo” El concepto de introducir tecnologías de futuro, más allá de la coyuntura de la subida de los combustibles, es positivo; pero si no se planifica adecuadamente, los resultados no serán alentadores. El mundo mira los autos eléctricos como una solución a los combustibles fósiles, la infraestructura necesaria para la carga, es importante pensarla, y la instalación de electrolineras debe obedecer a un estudio, así como la compatibilidad de tecnologías, el desarrollo y la introducción progresiva.”, en otras palabras, la tecnología y el boom del desarrollo de los autos eléctricos atrae también a que en el país se implemente nueva tecnología de carga y de mantenimiento de los autos eléctricos, y en parte solucionar un eventual problema de carga para largos viajes de estos vehículos. Revista Gestiopolis (2019) concluye que “Todo cambio, implica ventajas para unos y desventajas para otros, sin embargo, la llegada del auto eléctrico al Ecuador es un hecho, y está generando expectativas tanto económicas como técnicas; se puede adoptar el mismo modelo de negocio correspondiente al arrendamiento mercantil de la batería, ya que ha sido probado y generado buenos resultados en Europa”, en otras palabras el cambio que se vive en el país tras la puesta en marcha de las diversas hidroeléctricas, hace factible la creación de electrolineras y de la utilización de autos eléctricos, todo esto se fundamenta en la necesidad de abastecer eléctricamente a un vehículo de manera inmediata, pero técnicamente cuando a un batería ha sido sometida a una carga rápida, su tiempo de vida útil disminuye prematuramente. 12. Planteamiento del problema Las nuevas tecnologías que se están implementando en los autos eléctricos tales como la duración de la batería y la carga rápida de las mismas, hacen que se haga imprescindible el diseño y la construcción de electrolineras eficientes, en el contexto educativo, se pretende tener una ayuda para comprender esta nueva forma de movilidad y utilización de componentes para la realización de esta electrolinera.

13. Descripción resumida del proyecto Se diseñará y se construirá un prototipo de electrolinera, para la facilitación de carga de batería por medio de un convertidor con aplicación didáctica para los estudiantes de la universidad de las Fuerzas Armadas ESPE extensión Latacunga. 14. Justificación del proyecto El cambio de la matriz energética del país, y las construcción de varias hidroeléctricas han hecho que el país vea conveniente la utilización de autos híbridos (oil/electric), y la forma de cargar estos vehículos hace que la existencia de electrolineras sea indispensable para el cambio de movilidd y de transporte de los ecuatorianos, en este caso, el presente proyecto ayudara, como fuente de consulta, a los estudiantes de la carrera de Ingeniería Electromecánica, para el entendimiento de las componentes eléctricos, electrónicos y mecánicos se puedan contener en el mismo. 15. Proyectos relacionados En el país hay un proyecto estrechamente relaciona al diseño y construcción de una electrolinera. Tema: Diseño y construcción de una electrolinera Autor: UTA Universidad: UTA Año: 2016 16. Objetivos 16.1

Objetivo General 

Diseñar y construir un prototipo de estación electrolinera para suministrar una carga eléctrica a coches que emplean energía eléctrica como fuente de alimentación.

16.2 Objetivos Específicos • Diseñar el prototipo de estación electrolinera solar. • Seleccionar los elementos idóneos que ayuden a obtener un equipo eficiente. • Construir un prototipo de electrolinera. 17. Metas El presente proyecto conseguirá, cargar una batería de un automóvil pequeño utilizando conversores y accionamientos que, harán la carga eficiente sin perdida de energia. 18. Hipótesis

Se pretende demostrar que, utilizando los conocimientos de electrónica de potencia (conversores) y de accionamientos eléctricos, se podrá demostrar que la electrolinera será capaz de cargar una batería de un automóvil pequeño. 19. Variables de la investigación Variable dependiente: La carga del automóvil, ya que no todos los automóviles tendrán la misma batería con el mismo amperaje de carga y tampoco tendrán los mismos acumuladores. Variable independiente: el abastecimiento de energía eléctrica, recogida desde la red será independiente de todo, ya que será constante y suministrada por la empresa eléctrica. 20. Marco Teorico CLASIFICACIÓN AUTOS ELÉCTRICOS Existen diferentes tipos de vehículos eléctricos diseñados para reducir los gases de efecto invernadero, por lo cual en la figura 1 se puede indicar que clase de vehículos existen en el mercado donde se observa la participación del motor eléctrico y las posibilidades de carga. (Salmerón, 2012)

Figura 1. Esquema de los diferentes vehículos eléctricos (Salmerón, 2012)

VEHÍCULOS ELÉCTRICOS CON BATERÍAS (VE) Este tipo de vehículos son impulsados por un motor eléctrico que extrae corriente desde una batería o acumulador que se puede recargar desde dispositivos portátiles, utilizando energía desde una fuente exterior al vehículo en lugares de servicio público o

residenciales, este automóvil está fabricado para ser utilizado en las vías públicas, carreteras o autopistas. (Salmeron, 2014)

VEHICULÓ HÍBRIDO ELÉCTRICO Este tipo de vehículos son los que usan únicamente como fuente energética la gasolina pero no permiten que las baterías se recarguen por fuentes externas de electricidad, este tipo de vehículos no cumplen con el almacenamiento de energía si no de carga y descarga, en este tipo de vehículos poseen una eficiencia entre el 25% y 40%. (Salmeron, 2014) Estas baterías se las recarga por medio del motor de combustión (MCI) y por el freno regenerativo. VEHICULÓ HÍBRIDO ELÉCTRICO ENCHUFABLE Estos vehículos eléctricos combinan un motor de combustión, una batería y un motor eléctrico. El motor de combustión y el motor eléctrico propulsan el vehículo con una configuración en serie y paralelo, las baterías de este automóvil se las pueden cargar mediante el motor a gasolina, frenos regenerativos o conectándola al punto de recarga. (Salmerón, 2012) BATERÍAS O ACUMULADORES DE ENERGÍA En la actualidad es uno de los mayores retos en los vehículos eléctricos, ya que las baterías de hoy en día poseen una autonomía muy limitada. A este tipo de elementos los podemos definir como un dispositivo que almacena energía eléctrica usando procesos electroquímicos, pero estas baterías tienen un número limitado de cargas dependiendo del tipo de baterías. (Salmerón, 2012)

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LAS BATERIAS El principio de funcionamiento de las baterías es conocido como Redox es decir un proceso de óxido reducción. (Salmerón, 2012) El proceso que se realiza es cuando un componente se oxida en este caso la batería pierde o cede electrones y otro elemento gana los mismos, es decir ningún componente resulta consumido; solo cambia su estado de oxidación y este proceso es reversible es decir retorna al mismo lugar donde comenzó el ciclo. (Salmerón, 2012) Debemos conocer además que estos vehículos eléctricos suelen poseer dos distintos tipos de baterías: Batería Primaria: Es el corazón del vehículo eléctrico, esta batería se encarga del almacenamiento de energía de corriente alterna que sirve para dar movimiento a los diferentes componentes del vehículo.

Batería Secundaria: Esta batería es la auxiliar es una batería normal de corriente continua de 12 voltios, encargada de activar los accesorios del vehículo (radio, luces, panel de instrumentos, direcciónales) Con el fin de obtener una batería de mejores características técnicas posibles, se debería escoger el tipo de material y los componentes que la conformarían como por ejemplo se podría analizar: 

Disponibilidad actual de los materiales



Costo económico



Capacidad de fabricación