universidad del azuay facultad de ciencia y...
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UNIVERSIDAD DEL AZUAY
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGIacuteA
ESCUELA DE INGENIERIacuteA MECAacuteNICA AUTOMOTRIZ
Determinacioacuten del consumo de combustible de vehiacuteculos en base a
los ciclos de conduccioacuten EPA FTP75 Y EPA HWFET en
dinamoacutemetro de chasis
Trabajo de graduacioacuten previo a la obtencioacuten del tiacutetulo de
INGENIERO MECAacuteNICO AUTOMOTRIZ
Nombre de los autores
JHORDAN XAVIER ERRAEZ JUMBO
JONATHAN STEVEN FAJARDO REYES
Nombre del Director
ING MATEO COELLO SALCEDO MSC
CUENCA-ECUADOR
2018
i
DEDICATORIA
A mis padres Mirian y Geovanny quienes han sido la guiacutea y
el camino para poder llegar a este punto de mi carrera Que
con su ejemplo dedicacioacuten y palabras de aliento nunca
bajaron los brazos en los momentos difiacuteciles
Jhordan Erraez
ii
DEDICATORIA
A Dios
Por haberme permitido llegar hasta este punto y haberme dado salud para lograr mis objetivos
ademaacutes de su infinita bondad y amor
A mi madre Teresa Reyes
Por haberme apoyado en todo momento por sus valores perseverancia y motivacioacuten constante
que me ha permitido ser una persona de bien pero maacutes que nada por su amor
A mi Hijo Nicolaacutes Fajardo
Posiblemente en estos momentos no entiendas mis palabras pero para cuando seas capaz quiero
que te des cuenta de lo que significas para miacute Le agradezco a Dios por ponerte en mi camino
que aunque no hables y tu uacutenico medio para expresarse es el llanto me has ensentildeado siendo tan
pequentildeito muchas sabias lecciones para la vida
Jonathan Fajardo
iii
AGRADECIMIENTO
A nuestro Director de Tesis Ing Mateo Coello Salcedo Msc por su generosidad al brindarnos la
oportunidad de recurrir a su capacidad y experiencia cientiacutefica en un marco de confianza afecto
y amistad fundamentales para la concrecioacuten de este proyecto Al Centro de Investigacioacuten
ERGON de la Universidad Del Azuay por brindarnos el espacio y la infraestructura donde
desarrollar este trabajo
iv
IacuteNDICE DE CONTENIDOS
DEDICATORIAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip i
AGRADECIMIENTOhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipiii
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IacuteNDICE DE FIGURAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip v
IacuteNDICE DE TABLAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip v
RESUMENhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipvii
ABSTRACThelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipviii
1 INTRODUCCIOacuteNhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 1
2 MATERIALES Y MEacuteTODOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2
A Caacutelculo de los coeficientes de cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2
1) Prueba coastdown carreterahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip2
2) Pruebas coastdown en el dinamoacutemetro de chasis helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3
B Medicioacuten del consumo de combustible en dinamoacutemetro de chasishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 4
1) Flujometro KVM 2012helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
2) Interface OBD II ELM327helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
3 RESULTADOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 5
A Consumo de combustible del vehiacuteculo Xhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 6
B Consumo de combustible vehiacuteculo Yhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 7
4 CONCLUSIONEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 7
5 REFERENCIAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 8
v
INDICE DE FIGURAS
Figura 1 Test de desaceleracioacuten libre 3
Figura 2 Dinamoacutemetro de chasis 4
Figura 3 Ciclo de conduccioacuten FTP75 4
Figura 4 Ciclo de conduccioacuten HWFET 4
Figura 5 Metodologiacutea consumo de combustible 5
Figura 6 Obtencioacuten de coeficientes de carga mediante regresioacuten polinomial de segundo grado 5
Figura 7 Consumo de combustible del vehiacuteculo X 6
Figura 8 Comparacioacuten Consumo de combustible 6
Figura 9 Consumo de combustible del vehiacuteculo Y 7
Figura 10 Comparacioacuten Consumo de combustible 7
Figura 11 Consumo de combustible anual 7
Figura 12 Consumo de combustible OBDII Flujometro y Fabricante del vehiacuteculo X 8
Figura 13 Consumo de combustible OBDII Flujometro y Fabricante del vehiacuteculo Y 8
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Caracteriacutesticas teacutecnicas de los vehiacuteculos 2
Tabla 2 Coeficientes de carga en carretera 5
Tabla 3 Coeficientes de carga en dinamoacutemetro de chasis 6
Tabla 4 Coeficientes de carga finales 6
Tabla 5 Consumo de combustible vehiacuteculo X 6
Tabla 6 Consumo de combustible del Vehiacuteculo Y 7
viii
Trabajo de Titulacioacuten
Jhordan Erraez Jumbo
Jonathan Fajardo Reyes
Septiembre 2018
Determinacioacuten del consumo de combustible de
vehiacuteculos en base a los ciclos de conduccioacuten EPA
FTP75 Y EPA HWFET en dinamoacutemetro de
chasis
Caso de estudio Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y Kia Picanto 11L 2006
INTRODUCCIOacuteN
En el Ecuador no existe una base de datos de consumo de combustible de los vehiacuteculos que
circulan en el medio Si bien algunos fabricantes de vehiacuteculos brindan esta informacioacuten no se
sabe con exactitud si estos datos se ajustan a las condiciones en las que los vehiacuteculos operan
ciudades en la sierra entre 2000 y 3000 msnm topografiacuteas de las viacuteas con altas pendientes y
combustible con un octanaje inferior al que el fabricante recomienda El propoacutesito de este
trabajo es alimentar a una base de datos con el consumo de combustible de los vehiacuteculos que
circulan en la localidad en base a los ciclos de conduccioacuten EPA FTP75 y EPA HWFET en
dinamoacutemetro de chasis
1
Resumen El presente trabajo propone determinar el consumo
de combustible en dos de los vehiacuteculos maacutes comercializados en
la ciudad de Cuenca (Chevrolet Aveo Activo 2011 y Kia
Picanto 2006) Para ello se utilizoacute un dinamoacutemetro de chasis y
ciclos de conduccioacuten establecidos por la EPA (FTP75 y
HWFET) Se definieron los coeficientes de carga A (inercia) B
(friccioacuten) y C (arrastre) que actuacutean sobre un vehiacuteculo
simulando las condiciones de carretera Para esto se realizan
pruebas coastdown en carretera y en el dinamoacutemetro bajo la
norma ISO 10521 Para determinar el consumo se utilizoacute un
medidor de flujo de combustible y una Interface OBDII Los
resultados para el ciclo urbano y extra urbano fueron de 8377
L100km y 6644 L100km para el Chevrolet Aveo Activo y
de 645 L100km y 609 L100km para el Kia Picanto
Palabras claves coastdown dinamoacutemetro de chasis consumo
de combustible ciclos de conduccioacuten ISO 10521 EPA
HWFET EPA FTP75
Abstract This work aims to determine the fuel consumption in
two of the most commercialized vehicles in Cuenca (2011
Chevrolet Aveo Activo and 2006 Kia Picanto) Driving cycles
established by the EPA (FTP75 and HWFET) and a chassis
dynamometer were used The load coefficients A (inertia) B
(friction) and C (drag) that operate on the vehicle were defined
to simulate road conditions Coastdown tests were performed
on the road and on the dvnamometer under ISO 10521 A fuel
flow meter and an OBDII Interface were used to determine the
consumption The results for the urban and extra urban cycle
were 8377 L100km and 6644 L100km for the Chevrolet
Aveo Activo and of 645 L100km and 609 L100km for the
Kia Picanto
Keywords coastdown chassis dynamometer fuel
consumption driving cycles ISO 10521 EPA HWFET EPA
FTP75
INTRODUCCIOacuteN
La Organizacioacuten Mundial de la Salud certificoacute que el 98
de las ciudades de los paiacuteses en desarrollo con maacutes de 100000
habitantes no cumplen con los estaacutendares de calidad del aire
[1] Asiacute mismo un informe de la Agencia de Proteccioacuten
Ambiental de los Estados Unidos estimoacute que el 33 de
emisiones CO2 en el 2011 fueron del sector del transporte de
las cuales el 63 son provenientes del transporte por carretera
[2] Por otra parte en el 2011 el 59 de la produccioacuten total de
petroacuteleo se utilizoacute para el transporte y se estima que para el
2040 ascienda a 63 lo que representariacutea un consumo diario
de 70 mb [3] Por lo tanto los fabricantes de automoacuteviles estaacuten
bajo presioacuten para proporcionar vehiacuteculos maacutes respetuosos con
el medio ambiente y maacutes eficientes en cuanto al consumo de
combustible [4]
En Ecuador el balance de energiacutea calculado cada antildeo por el
Ministerio Coordinador de Sectores Estrateacutegicos (MICSE)
muestra que el sector del transporte es el mayor consumidor de
combustible en el paiacutes En el antildeo 2015 el consumo total de
combustible del paiacutes fue de aproximadamente 437 millones de
Barriles de Petroacuteleo (BEP) donde los combustibles maacutes
demandados fueron dieacutesel gasolina convencional y premium
kerosene y buacutenker El transporte por carretera es el maacutes
significativo en teacuterminos de consumo de energiacutea ya que
demanda maacutes del 87 de las necesidades totales en el sector
[5]
Hay varias metodologiacuteas para determinar el consumo de
combustible La seleccioacuten de un meacutetodo adecuado depende
generalmente de la instrumentacioacuten que se implemente La
Unioacuten Europea mediante el IDEA (Instituto para la
diversificacioacuten y ahorro de la energiacutea) y la VCA (Agencia de
Determinacioacuten del consumo de combustible de
vehiacuteculos en base a los ciclos de conduccioacuten
EPA FTP75 Y EPA HWFET en dinamoacutemetro
de chasis
Caso de estudio Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y Kia Picanto 11L 2006
Jhordan Erraez Jumbo Jonathan Fajardo Reyes Mateo Coello Salcedo Andreacutes Loacutepez Hidalgo Daniel Cordero Moreno Facultad de Ciencia y Facultad de Ciencia y Centro de Investigacioacuten y Centro de investigacioacuten Centro de Investigacioacuten y
Tecnologiacutea Ingenieriacutea en Tecnologiacutea Ingenieriacutea en Desarrollo en Ingenieriacutea Desarrollo en Ingenieriacutea Desarrollo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Automotriz Mecaacutenica Automotriz Automotriz (ERGON) Automotriz (ERGON) Automotriz (ERGON) Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay
Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador jxerraezgmailcom 24jonathan1992gmail mfcoellouazuayeduec alopezhuazuayeduec dacorderomuazuay
com eduec
2
certificacioacuten de vehiacuteculos) utiliza un dinamoacutemetro de chasis
donde el conductor sigue rutas estaacutendar denominados ciclos de
conduccioacuten que son curvas de velocidad-tiempo y representan
patrones de manejo tiacutepico de una ciudad o regioacuten El IDEA y la
VCA utiliza un ciclo de conduccioacuten el NEDC (Nuevo ciclo de
conduccioacuten europeo) [6]
Por otro lado la EPA (Agencia de proteccioacuten ambiental de
los Estados Unidos) posee una base de datos con el consumo
de combustible de diversos vehiacuteculos para esto utiliza 2 ciclos
de conduccioacuten el FTP75 (Procedimiento de prueba federal) y
el HWFET (Prueba de economiacutea de combustible en carretera)
[7] Estos valores de consumo de combustible se obtienen en
condiciones de pruebas especiacuteficas y por lo tanto no
necesariamente se logran en condiciones de conduccioacuten de la
vida real Una variedad de factores puede influir en el consumo
real de combustible por ejemplo el estilo de conduccioacuten y el
comportamiento asiacute como el entorno y las condiciones bajo las
cuales se opera el vehiacuteculo [8]
En Grecia en la ciudad de Patra en su estudio denominado
Impacto de la altitud en el consumo de combustible de un
automoacutevil a gasolina se determinoacute el consumo de combustible
en dos diferentes altitudes 700 y 2200 msnm implementando
tres ciclos conduccioacuten estandarizados el autor concluye que
existe una disminucioacuten de consumo de combustible en la altura
con los ciclos de conduccioacuten FTP75 y NEDC cuya diferencia
porcentual es 25 y 35 respectivamente Ademaacutes en el
ciclo de conduccioacuten HWFET presenta una tendencia negativa
es decir existe un aumento de combustible cuya diferencia
porcentual es 65 [9]
En la ciudad de Quito se desarrollaron ciclos de conduccioacuten
para evaluar el rendimiento de combustible tanto en ciudad
como en carretera los resultados obtenidos fueron que el
consumo en ciudad es 11287 L100km y en carretera 7524
L100km Ademaacutes realizaron una comparacioacuten del rendimiento
de combustible implementando los ciclos de conduccioacuten
desarrollados cuya diferencia porcentual fue 36 mayor a los
datos proporcionados por el fabricante [10]
En Ecuador en la ciudad de Cuenca se determinoacute el
consumo de combustible de vehiacuteculos categoriacutea M1 para ello
se tomoacute como base la norma SAE J13212012 Fuel
Comsumption Test Procedure donde se utiliza meacutetodos de
recoleccioacuten de datos y anaacutelisis estadiacutestico para medir el
consumo Por otra parte realiza pruebas en dinamoacutemetro de
chasis con ciclos de conduccioacuten locales [11]
En el Ecuador no existe una base de datos de consumo de
combustible de los vehiacuteculos que maacutes circulan en el paiacutes Si
bien algunos fabricantes de vehiacuteculos brindan esta informacioacuten
no se sabe con exactitud si estos datos se ajustan a las
condiciones en las que los vehiacuteculos operan en la localidad
ciudades en la sierra entre 2000 y 3000msnm topografiacutea de las
viacuteas con altas pendientes y combustible con un octanaje inferior
al que el fabricante recomienda
Por todo lo expuesto anteriormente el propoacutesito de este
trabajo es alimentar a una base de datos con el consumo de
combustible de los vehiacuteculos que circulan en la ciudad de
Cuenca con base en los ciclos de conduccioacuten EPA FTP75 y
EPA HWFET en dinamoacutemetro de chasis Esta informacioacuten se
podriacutea utilizar en futuros estudios de mitigacioacuten sobre el
impacto que generan los vehiacuteculos al medio ambiente
MATERIALES Y MEacuteTODOS
Para la determinacioacuten del consumo de combustible este
estudio toma como referencia la norma ISO 10521 la cual
consta de dos partes ISO 10521 (1) describe el meacutetodo para
obtener los coeficientes de carga A B y C bajo condiciones
atmosfeacutericas de referencia en carretera y la ISO 10521 (2)
reproduccioacuten de carga en el dinamoacutemetro de chasis
Estos coeficientes de carga describen la fuerza total A
(inercia) B (friccioacuten) y C (arrastre) que actuacutean sobre un
vehiacuteculo las cuales generan la carga en los rodillos del banco
dinamomeacutetrico simulando las condiciones de carretera
Este estudio abarca el anaacutelisis del consumo de combustible
de dos vehiacuteculos de prueba los cuales fueron denominados
como Vehiacuteculo X Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y
Vehiacuteculo Y Kia Picanto 11L 2006
En la Tabla 1 se aprecia las caracteriacutesticas de cada vehiacuteculo de
prueba
Tabla 1 Caracteriacutesticas teacutecnicas de los vehiacuteculos
Vehiacuteculo
Caracteriacutesticas Vehiacuteculo X Vehiacuteculo Y
Antildeo 2011 2006
Cilindrada 1600 cm3
1100 cm3
Transmisioacuten Manual Manual
Torquerpm 147 kg-m a 3600
rpm
98 kg-m a 2800
rpm
Potenciarpm 103hp a 6000rpm 64hp 5500 rpm
Combustible Gasolina Gasolina
Peso bruto
vehicular 1535 Kg
1350 kg
Peso en vaciacuteo 1125 Kg 966 kg
A Caacutelculo de los coeficientes de carga
1) Prueba coastdown carretera
Las pruebas se realizan bajo la norma ISO 10521 (1) donde
se efectuacutean pruebas de desaceleracioacuten libre (coastdown) para
esto el vehiacuteculo debe llegar a una velocidad de 100 kmh y
dejar que el vehiacuteculo se detenga por la resistencia a la rodadura
y por accioacuten del aire para esto se debe colocar la caja de
cambios en posicioacuten neutral
3
Las pruebas coastdown se llevaron a cabo en la provincia
del Azuay ciudad Cuenca parroquia Cumbe en la carretera
panamericana 35 Esta encuentra ubicada a 2639 msnm una
distancia total de 2 km aproximadamente y posee una
inclinacioacuten maacutexima de 24
A continuacioacuten se detallan algunos requisitos para realizar
las pruebas coastdown
- El vehiacuteculo debe estar en condiciones normales seguacuten
lo especificado por el fabricante es decir presioacuten de
los neumaacuteticos alineacioacuten de las ruedas altura del
vehiacuteculo lubricantes en el tren motriz y el ajuste de
los frenos para evitar la resistencia paraacutesita no
deseada
- Antes de la prueba el vehiacuteculo debe pre acondicionarse
adecuadamente para alcanzar la temperatura oacuteptima
de funcionamiento se recomienda conducir el
vehiacuteculo durante un periacuteodo de 30 minutos
- Durante la prueba de carretera cualquier cubierta del
sistema de ventilacioacuten de aire faros etc deberaacute estar
cerrada y el aire acondicionado apagado
- El movimiento del volante se debe evitar tanto como
sea posible y el vehiacuteculo no se operaraacute hasta el final
de la desaceleracioacuten
- Repetir la prueba teniendo cuidado de comenzar la
desaceleracioacuten a la misma velocidad y condiciones
previas
- Realizar el test de desaceleracioacuten libre en ambas
direcciones para eliminar la pendiente
- Si durante un test en una direccioacuten el conductor se ve
obligado a cambiar bruscamente la direccioacuten del
vehiacuteculo esta medicioacuten y la medida emparejada en la
direccioacuten opuesta seraacuten rechazadas
Para la obtencioacuten de los datos de velocidad y tiempo los
vehiacuteculos son instrumentados con un sistema de
posicionamiento global (GPS VBOX SPORT) con frecuencia
de 20Hz En la Figura 1 se aprecia la curva caracteriacutestica de la
prueba de desaceleracioacuten libre en donde disminuye la
velocidad en funcioacuten del tiempo
Figura 1 Test de desaceleracioacuten libre
Es necesario calcular la fuerza requerida en rueda para ello
se utiliza la ecuacioacuten 1
Ft= ((m + m r) 36) x 2 ∆V∆t (1)
En donde
m es la masa del vehiacuteculo de prueba incluidos el conductor y
los instrumentos en kilogramos (kg)
mr se puede estimar como el 3 de la masa del vehiacuteculo sin
carga
A partir de la Ecuacioacuten 1 se obtiene un valor de fuerza
respecto a cada valor de velocidad generando un diagrama
fuerza-velocidad se obtiene lo coeficientes de carga mediante
el meacutetodo de regresioacuten polinomial de segundo grado donde
obtendraacute
F= At+BtV+CtV2
(2)
At = [N]
Bt= [N (kmh)]
Ct = [N (kmh) 2]
En donde At Bt y Ct son los coeficientes de carga en
carretera ecuacioacuten 2
Definidos los coeficientes de carga en carretera es necesario
aplicar los factores de correccioacuten de acuerdo a la norma ISO
10521 (2) para esto se aplicaraacuten las ecuaciones 3 4 y 5
Ad = 05 x At [3]
Bd = 02 x Bt [4]
Cd = Ct [5]
En donde Ad Bd y Cd son los coeficientes de carga inicial
del rodillo del dinamoacutemetro de chasis
Previo a realizar las pruebas coastdown en el dinamoacutemetro
de chasis es necesario ingresar estos coeficientes que se
utilizaraacuten como configuracioacuten de carga inicial del rodillo
2) Pruebas coastdown en el dinamoacutemetro de chasis
El dinamoacutemetro de chasis utilizado para el test de
aceleracioacuten libre se puede observar en la Figura 2 El cual
posee un rodillo de 30rdquo de diaacutemetro capacidad para soportar
una velocidad maacutexima de 362 kmh una potencia maacutexima de
absorcioacuten de 1200 Hp y soporta un peso maacuteximo de 3629 kg
4
Figura 2 Dinamoacutemetro de chasis
Las pruebas se realizan bajo la norma ISO 10521 (1) donde
se efectuacutean pruebas de desaceleracioacuten libre para esto el
vehiacuteculo debe llegar a una velocidad de 100 kmh y dejar que
el vehiacuteculo se detenga por la carga generada en el rodillo Para
esto se debe colocar la caja de cambios en posicioacuten neutral
Para la obtencioacuten de los datos de velocidad y tiempo se
utiliza el software del banco dinamomeacutetrico el cual entrega
datos a 1Hz de frecuencia
Por otra parte es necesario calcular la fuerza requerida en
rueda para ello se utiliza la ecuacioacuten 6
Ft= ((m d + mrsquor) 36) x 2 ∆V∆t (6)
En donde
md es la masa de inercia equivalente del dinamoacutemetro del
chasis en kilogramos (kg)
mrsquor es la masa efectiva equivalente de las ruedas motrices y
componentes del vehiacuteculo que giran con las ruedas durante la
desaceleracioacuten en el dinamoacutemetro en kilogramos (kg) Se
puede estimar como el 15 de la masa del vehiacuteculo sin carga
De la misma manera con la ecuacioacuten 6 se obtiene un valor
de fuerza respecto a cada valor de velocidad generando un
diagrama fuerza-velocidad se obtiene los coeficientes de carga
mediante el meacutetodo de regresioacuten polinomial de segundo grado
donde obtendra
Fs= As+BsV+CsV2
(7)
As = [N]
Bs = [N (kmh)]
Cs = [N (kmh) 2 ]
En donde As Bs y Cs son los coeficientes de carga del
dinamoacutemetro de chasis ecuacioacuten 7
Para obtener los coeficientes finales de carga A B y C la
norma ISO 10521 (2) establece las ecuaciones 8 9 y 10
A = At + Ad ndash As [8]
B = Bt + Bd ndash Bs [9]
C = Ct + Cd ndash Cs [10]
Las siglas s t y d hacen referencia a simulate target y
dynamometer respectivamente
Estos seraacuten introducidos en el dinamoacutemetro de chasis para
realizar las pruebas de consumo de combustible
B Medicioacuten del consumo de combustible en dinamoacutemetro
de chasis
El procedimiento para la medicioacuten del consumo de
combustible es seguir las trayectorias de los ciclos de
conduccioacuten que se cargan en el dinamoacutemetro de chasis
considerando las condiciones de la localidad de Cuenca Para
esto se utilizan dos ciclos de conduccioacuten el FTP75 y el
HWFET
El FTP75 posee una distancia total 1104 millas (1777 km)
una velocidad media de 212 mph (3412 kmh) velocidad
maacutexima de 567 mph (9126 kmh) y una duracioacuten de 1874
segundos (Figura 3)
Figura 3 Prueba de laboratorio (Ciclo de conduccioacuten FTP75)
El HWFET posee una distancia total de 1026 millas (1645
km) una velocidad media de 483 mph (777 kmh) velocidad
maacutexima de 599 mph (964 kmh) y una duracioacuten de 765
segundos (Figura 4)
Figura 4 Prueba de laboratorio (ciclo de conduccioacuten HWFET)
Para obtener los datos del consumo de combustibles se
utilizan los siguientes equipos
5
1) Flujoacutemetro KVM 2012
Para esta medicioacuten se cuenta con un medidor de flujo de
combustible KVM 2012 con rango de operacioacuten de 20 a
100degC un rango de presioacuten de -1 a 16bar y capacidad para
medir un flujo de 15 a 500 Lh Este equipo se lo conecta
directamente en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
generando asiacute datos de consumo de combustible en tiempo real
2) Interface OBD II ELM327
Para esta medicioacuten se cuenta con un sistema de adquisicioacuten
de datos del motor a traveacutes del puerto de conexioacuten OBDII con
este equipo se puede estimar el consumo de combustible
mediante la relacioacuten de variables fiacutesicas como presioacuten en el
muacuteltiple de admisioacuten o flujo de aire de admisioacuten reacutegimen de
giro del motor temperatura del aire proporcioacuten de mezcla aire-
combustible etc
En la Figura 5 se puede observar en resumen la metodologiacutea
a seguir para la determinacioacuten del consumo de combustible
RESULTADOS
A partir de la regresioacuten polinomial de segundo grado se
obtuvieron tanto los coeficientes de carga en carretera como en
el dinamoacutemetro de chasis En la Figura 6 se aprecia la regresioacuten
polinomial donde se puede observar que a mayor velocidad
mayor seraacute la fuerza que se opone al movimiento del vehiacuteculo
Figura 6 Obtencioacuten de coeficientes de carga mediante
regresioacuten polinomial de segundo grado
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en carretera se describen en la tabla 2
Tabla 2 Coeficientes de carga en carretera
Vehiacuteculo X
At 435465 plusmn 27616 [N]
Bt 3109 plusmn 2821 [N(kmh)]
Ct
0038 plusmn 0029 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
At 380285 plusmn 161659 [N]
Bt 3350 plusmn 1809 [N(kmh)]
Ct 0024 plusmn 0015 [N(kmh)2]
Para este anaacutelisis no se consideraron los coeficientes de carga
inicial del rodillo Es decir Ad Bd Cd con valores de cero
Por lo que la ecuacioacuten final para determinar los coeficientes
A B y C es
A = At - As [11]
B = Bt - Bs [12]
C = Ct - Cs [13]
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en el dinamoacutemetro de chasis se describen en la
Tabla 3
Figura 5 Metodologiacutea consumo de combustible
6
Tabla 3 Coeficientes de carga en dinamoacutemetro de chasis
Vehiacuteculo X
As 235251 plusmn 10771 [N]
Bs 2663 plusmn 0443 [N(kmh)]
Cs -0006 plusmn 0004 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
As 177984 plusmn 7771 [N]
Bs 3283 plusmn 0677 [N(kmh)]
Cs -0014 plusmn 0005 [N(kmh)2]
Los coeficientes finales obtenidos se pueden observar en la
Tabla 4 Para lo cual se utilizaron las Ecuaciones 11 12 y 13
Tabla 4 Coeficientes de carga finales
Vehiacuteculo X
A 200214 [N]
B 0475 [N(kmh)]
C
0044 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
A 202300 [N]
B 0067 [N(kmh)]
C 0039 [N(kmh)2]
Se determinoacute el consumo de combustible de los vehiacuteculos
seleccionados siguiendo los ciclos de conduccioacuten HWFET Y
FTP75 Para esto se instrumentoacute a los vehiacuteculos con los
equipos mencionados anteriormente que son flujoacutemetro e
Interface OBDII ELM327
A Consumo de combustible del vehiacuteculo X
En la Tabla 5 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con cada equipo de medicioacuten
Tabla 5 Consumo de combustible vehiacuteculo X
VEHIacuteCULO X
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 6644plusmn005 7765plusmn00
7
[L100km]
FTP75 8377plusmn120 9944plusmn11
8
[L100km]
Como se puede observar en la Figura 7 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET es 169 menor al brindado por el ELM
327 Asiacute mismo el consumo en el ciclo de conduccioacuten FTP75
proporcionado por el flujometro es 18 menor al calculado por
el OBD II ELM327
Esta diferencia se debe a que el OBDII realiza un caacutelculo
considerando variables fiacutesicas del motor mencionadas
anteriormente Y el flujoacutemetro mide de manera fiacutesica el
consumo de combustible ya que este se conecta directamente
en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
Figura 7 Consumo de combustible del vehiacuteculo X
Por otra parte la Figura 8 muestra una comparacioacuten del
consumo de combustible entre los datos obtenidos por el
flujoacutemetro y los del fabricante
Figura 8 Comparacioacuten Consumo de combustible
7
Como se puede observar en la Figura 8 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo HWFET es
25 mayor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo FTP75 es 5 menor a los datos
del fabricante
Esta diferencia se debe a las condiciones a las cuales fueron
realizadas las pruebas Ya que no existe informacioacuten de la
metodologiacutea implementada por el fabricante
B Consumo de combustible vehiacuteculo Y
En la Tabla 6 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con los equipos de medicioacuten del vehiacuteculo Y
Tabla 6 Consumo de combustible del Vehiacuteculo Y
VEHIacuteCULO Y
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 609plusmn013
713plusmn03
3
[L100km]
FTP75 645plusmn010 790plusmn02
4
L100 km]
El consumo de combustible obtenido por el flujoacutemetro en el
ciclo de conduccioacuten HWFET es 17 menor al calculado por
el ELM327 Asiacute mismo la Figura 9 muestra que el consumo
proporcionado por el flujoacutemetro en el ciclo de conduccioacuten
FTP75 es 224 menor al brindado por el ELM 327
Figura 9 Consumo de combustible del vehiacuteculo Y
Como se puede observar en la Figura 10 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo FTP75 es
067 menor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo HWFET es 27 mayor a los
datos del fabricante
Figura 10 Comparacioacuten consumo de combustible
Si se considera el KVR (indicador de kiloacutemetros recorridos)
local que es 3604 kmdiacutea [12] se estima que el consumo de
combustible del vehiacuteculo X es 873 4 Lantildeo y del vehiacuteculo Y es
82223 Lantildeo
Como se puede observar en la Figura 11 el consumo de
combustible anual del vehiacuteculo X es 58 mayor al vehiacuteculo
Y Esto se debe a las caracteriacutesticas teacutecnicas de cada vehiacuteculo
ya que el vehiacuteculo X presente mayor cilindrada
Figura 11 Consumo de combustible anual
CONCLUSIONES
Para la estimacioacuten de consumo de combustible se utilizan
ciclos de conduccioacuten que representan la forma tiacutepica de
conduccioacuten en ciudad y carretera Las mediciones se llevaron a
cabo en dinamoacutemetro de chasis siguiendo ciclos de conduccioacuten
establecidos por la EPA el FTP75 y HWFET siendo estos los
maacutes representativos a nivel mundial
8
Al seguir la metodologiacutea de la norma ISO 10521 se
obtuvieron los coeficientes de carga de configuracioacuten del
dinamoacutemetro de chasis Los coeficientes para el vehiacuteculo X
son A=200214 [N] B=0475 [N(kmh)] y C= 0044
[N(kmh) 2] para el vehiacuteculo X son A=202300 [N]
B=0067[N(kmh)] y C igual a 0039 [N(kmh)2]
Para determinar el consumo de combustible se utilizaron dos
dispositivos flujoacutemetro e interfaz OBII siguiendo los ciclos de
conduccioacuten FTP75 y HWFET mediante un dinamoacutemetro de
chasis Se realizoacute un total de 20 pruebas en cada vehiacuteculo los
resultados obtenidos fueron Vehiacuteculo X flujoacutemetro 664
L100km y con ELM327 7765 L100km en el ciclo de
conduccioacuten HWFET De la misma manera para el ciclo de
conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 8377 L100km y con ELM327
9944 L100km En cuanto al vehiacuteculo Y los resultados
obtenidos fueron flujometro 609 L100km y con ELM327
713 L100km en el ciclo de conduccioacuten HWFET asiacute mismo
para el ciclo de conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 645 L100km y
con ELM327 790 L100km
Por otra parte se presenta una comparacioacuten entre dos
dispositivos de adquisicioacuten de flujo de combustible
(flujometro interfaz OBII) dando una diferencia porcentual
para el ciclo FTP75 de 1575 y para el HWFET de 1443
estas diferencias mayores se presentan en el vehiacuteculo X con la
interfaz OBII respecto al flujoacutemetro Asiacute mismo se presentan
diferencias porcentuales mayores para el ciclo de FTP75 de
1835 y para HWFET 1458 debido a que el primer
dispositivo (flujoacutemetro) brinda una medida fiacutesica mientras que
el segundo dispositivo (lector OBII) brinda una estimacioacuten de
flujo tomando en cuenta datos monitoreados por los sensores
Al comparar el consumo de combustible obtenido por los
dos sistemas de medicioacuten se obtuvo que para el vehiacuteculo X el
OBDII presenta un 317 mayor de consumo de combustible
en relacioacuten al del fabricante y un 144 mayor al obtenido por
el flujoacutemetro en el ciclo HWFET y para el ciclo FTP75 existe
una diferencia de 1046 mayor al del fabricante y 1579
mayor al obtenido por el flujoacutemetro (Figura 12)
Figura 12 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo X
En cuanto al vehiacuteculo Y el consumo de combustible
obtenido por el OBD II es 3828 mayor al del fabricante y
145 mayor al obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET y para el ciclo FTP75 hay una diferencia
de 1835 mayor al del fabricante y 177 mayor al obtenido
por el flujoacutemetro (Figura 13)
Figura 13 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo Y
Finalmente estos valores de consumo de combustible
contribuiraacuten a una base de datos que permitiraacute tener una
referencia del consumo de los vehiacuteculos que circulan en la
ciudad considerando las condiciones de la localidad de
Cuenca
Esta determinacioacuten de combustible puede ser utilizada como
una herramienta que ayude en la toma de decisiones para
instituciones encargadas del control del traacutensito vehicular
planteamiento de futuros estudios ambientales o nuevas
revaloraciones de los impuestos de circulacioacuten del vehiacuteculo en
la ciudad entre otras utilidades que se puedan dar
REFERENCIAS
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sobre la Salud en el Mundo 2003 1ndash140 Retrieved
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fuel consumption models to evaluate eco-driving and
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9
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fuel-emissions-testingdynamometer-drive-schedules
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consumpasp
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gasoline passenger carrdquo Fuel vol 90 no 6 pp 2340ndash
2342 2011
[10] F E Quinchimbla Pisuntildea and J M Soliacutes Santamariacutea
ldquoDesarrollo De Ciclos De Conduccioacuten En Ciudad
Carretera Y Combinado Para Evaluar El Rendimiento
Real Del Combustible De Un Vehiacuteculo Con Motor De
Ciclo Otto En El Distrito Metropolitano De Quitordquo
Esc Politeacutecnica Nac p 163 2015
[11] B A Loyola E Sandoval and J Galvez ldquoAnaacutelisis de
consumo de combustible de los vehiacuteculos de categoriacutea
M1 que circulan en el Centro Histoacuterico de la ciudad de
Cuenca en horas de maacutexima demanda en funcioacuten de los
ciclos de conduccioacutenrdquo p 62 2016
[12] D Sarango and P Moncayo ldquoDeterminacioacuten del
indicador kiloacutemetros-vehiacuteculo recorrido (KVR) para la
ciudad de Cuencardquo p 94 2016
i
DEDICATORIA
A mis padres Mirian y Geovanny quienes han sido la guiacutea y
el camino para poder llegar a este punto de mi carrera Que
con su ejemplo dedicacioacuten y palabras de aliento nunca
bajaron los brazos en los momentos difiacuteciles
Jhordan Erraez
ii
DEDICATORIA
A Dios
Por haberme permitido llegar hasta este punto y haberme dado salud para lograr mis objetivos
ademaacutes de su infinita bondad y amor
A mi madre Teresa Reyes
Por haberme apoyado en todo momento por sus valores perseverancia y motivacioacuten constante
que me ha permitido ser una persona de bien pero maacutes que nada por su amor
A mi Hijo Nicolaacutes Fajardo
Posiblemente en estos momentos no entiendas mis palabras pero para cuando seas capaz quiero
que te des cuenta de lo que significas para miacute Le agradezco a Dios por ponerte en mi camino
que aunque no hables y tu uacutenico medio para expresarse es el llanto me has ensentildeado siendo tan
pequentildeito muchas sabias lecciones para la vida
Jonathan Fajardo
iii
AGRADECIMIENTO
A nuestro Director de Tesis Ing Mateo Coello Salcedo Msc por su generosidad al brindarnos la
oportunidad de recurrir a su capacidad y experiencia cientiacutefica en un marco de confianza afecto
y amistad fundamentales para la concrecioacuten de este proyecto Al Centro de Investigacioacuten
ERGON de la Universidad Del Azuay por brindarnos el espacio y la infraestructura donde
desarrollar este trabajo
iv
IacuteNDICE DE CONTENIDOS
DEDICATORIAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip i
AGRADECIMIENTOhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipiii
IacuteNDICE DE CONTENIDOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip iv
IacuteNDICE DE FIGURAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip v
IacuteNDICE DE TABLAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip v
RESUMENhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipvii
ABSTRACThelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipviii
1 INTRODUCCIOacuteNhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 1
2 MATERIALES Y MEacuteTODOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2
A Caacutelculo de los coeficientes de cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2
1) Prueba coastdown carreterahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip2
2) Pruebas coastdown en el dinamoacutemetro de chasis helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3
B Medicioacuten del consumo de combustible en dinamoacutemetro de chasishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 4
1) Flujometro KVM 2012helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
2) Interface OBD II ELM327helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
3 RESULTADOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 5
A Consumo de combustible del vehiacuteculo Xhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 6
B Consumo de combustible vehiacuteculo Yhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 7
4 CONCLUSIONEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 7
5 REFERENCIAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 8
v
INDICE DE FIGURAS
Figura 1 Test de desaceleracioacuten libre 3
Figura 2 Dinamoacutemetro de chasis 4
Figura 3 Ciclo de conduccioacuten FTP75 4
Figura 4 Ciclo de conduccioacuten HWFET 4
Figura 5 Metodologiacutea consumo de combustible 5
Figura 6 Obtencioacuten de coeficientes de carga mediante regresioacuten polinomial de segundo grado 5
Figura 7 Consumo de combustible del vehiacuteculo X 6
Figura 8 Comparacioacuten Consumo de combustible 6
Figura 9 Consumo de combustible del vehiacuteculo Y 7
Figura 10 Comparacioacuten Consumo de combustible 7
Figura 11 Consumo de combustible anual 7
Figura 12 Consumo de combustible OBDII Flujometro y Fabricante del vehiacuteculo X 8
Figura 13 Consumo de combustible OBDII Flujometro y Fabricante del vehiacuteculo Y 8
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Caracteriacutesticas teacutecnicas de los vehiacuteculos 2
Tabla 2 Coeficientes de carga en carretera 5
Tabla 3 Coeficientes de carga en dinamoacutemetro de chasis 6
Tabla 4 Coeficientes de carga finales 6
Tabla 5 Consumo de combustible vehiacuteculo X 6
Tabla 6 Consumo de combustible del Vehiacuteculo Y 7
viii
Trabajo de Titulacioacuten
Jhordan Erraez Jumbo
Jonathan Fajardo Reyes
Septiembre 2018
Determinacioacuten del consumo de combustible de
vehiacuteculos en base a los ciclos de conduccioacuten EPA
FTP75 Y EPA HWFET en dinamoacutemetro de
chasis
Caso de estudio Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y Kia Picanto 11L 2006
INTRODUCCIOacuteN
En el Ecuador no existe una base de datos de consumo de combustible de los vehiacuteculos que
circulan en el medio Si bien algunos fabricantes de vehiacuteculos brindan esta informacioacuten no se
sabe con exactitud si estos datos se ajustan a las condiciones en las que los vehiacuteculos operan
ciudades en la sierra entre 2000 y 3000 msnm topografiacuteas de las viacuteas con altas pendientes y
combustible con un octanaje inferior al que el fabricante recomienda El propoacutesito de este
trabajo es alimentar a una base de datos con el consumo de combustible de los vehiacuteculos que
circulan en la localidad en base a los ciclos de conduccioacuten EPA FTP75 y EPA HWFET en
dinamoacutemetro de chasis
1
Resumen El presente trabajo propone determinar el consumo
de combustible en dos de los vehiacuteculos maacutes comercializados en
la ciudad de Cuenca (Chevrolet Aveo Activo 2011 y Kia
Picanto 2006) Para ello se utilizoacute un dinamoacutemetro de chasis y
ciclos de conduccioacuten establecidos por la EPA (FTP75 y
HWFET) Se definieron los coeficientes de carga A (inercia) B
(friccioacuten) y C (arrastre) que actuacutean sobre un vehiacuteculo
simulando las condiciones de carretera Para esto se realizan
pruebas coastdown en carretera y en el dinamoacutemetro bajo la
norma ISO 10521 Para determinar el consumo se utilizoacute un
medidor de flujo de combustible y una Interface OBDII Los
resultados para el ciclo urbano y extra urbano fueron de 8377
L100km y 6644 L100km para el Chevrolet Aveo Activo y
de 645 L100km y 609 L100km para el Kia Picanto
Palabras claves coastdown dinamoacutemetro de chasis consumo
de combustible ciclos de conduccioacuten ISO 10521 EPA
HWFET EPA FTP75
Abstract This work aims to determine the fuel consumption in
two of the most commercialized vehicles in Cuenca (2011
Chevrolet Aveo Activo and 2006 Kia Picanto) Driving cycles
established by the EPA (FTP75 and HWFET) and a chassis
dynamometer were used The load coefficients A (inertia) B
(friction) and C (drag) that operate on the vehicle were defined
to simulate road conditions Coastdown tests were performed
on the road and on the dvnamometer under ISO 10521 A fuel
flow meter and an OBDII Interface were used to determine the
consumption The results for the urban and extra urban cycle
were 8377 L100km and 6644 L100km for the Chevrolet
Aveo Activo and of 645 L100km and 609 L100km for the
Kia Picanto
Keywords coastdown chassis dynamometer fuel
consumption driving cycles ISO 10521 EPA HWFET EPA
FTP75
INTRODUCCIOacuteN
La Organizacioacuten Mundial de la Salud certificoacute que el 98
de las ciudades de los paiacuteses en desarrollo con maacutes de 100000
habitantes no cumplen con los estaacutendares de calidad del aire
[1] Asiacute mismo un informe de la Agencia de Proteccioacuten
Ambiental de los Estados Unidos estimoacute que el 33 de
emisiones CO2 en el 2011 fueron del sector del transporte de
las cuales el 63 son provenientes del transporte por carretera
[2] Por otra parte en el 2011 el 59 de la produccioacuten total de
petroacuteleo se utilizoacute para el transporte y se estima que para el
2040 ascienda a 63 lo que representariacutea un consumo diario
de 70 mb [3] Por lo tanto los fabricantes de automoacuteviles estaacuten
bajo presioacuten para proporcionar vehiacuteculos maacutes respetuosos con
el medio ambiente y maacutes eficientes en cuanto al consumo de
combustible [4]
En Ecuador el balance de energiacutea calculado cada antildeo por el
Ministerio Coordinador de Sectores Estrateacutegicos (MICSE)
muestra que el sector del transporte es el mayor consumidor de
combustible en el paiacutes En el antildeo 2015 el consumo total de
combustible del paiacutes fue de aproximadamente 437 millones de
Barriles de Petroacuteleo (BEP) donde los combustibles maacutes
demandados fueron dieacutesel gasolina convencional y premium
kerosene y buacutenker El transporte por carretera es el maacutes
significativo en teacuterminos de consumo de energiacutea ya que
demanda maacutes del 87 de las necesidades totales en el sector
[5]
Hay varias metodologiacuteas para determinar el consumo de
combustible La seleccioacuten de un meacutetodo adecuado depende
generalmente de la instrumentacioacuten que se implemente La
Unioacuten Europea mediante el IDEA (Instituto para la
diversificacioacuten y ahorro de la energiacutea) y la VCA (Agencia de
Determinacioacuten del consumo de combustible de
vehiacuteculos en base a los ciclos de conduccioacuten
EPA FTP75 Y EPA HWFET en dinamoacutemetro
de chasis
Caso de estudio Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y Kia Picanto 11L 2006
Jhordan Erraez Jumbo Jonathan Fajardo Reyes Mateo Coello Salcedo Andreacutes Loacutepez Hidalgo Daniel Cordero Moreno Facultad de Ciencia y Facultad de Ciencia y Centro de Investigacioacuten y Centro de investigacioacuten Centro de Investigacioacuten y
Tecnologiacutea Ingenieriacutea en Tecnologiacutea Ingenieriacutea en Desarrollo en Ingenieriacutea Desarrollo en Ingenieriacutea Desarrollo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Automotriz Mecaacutenica Automotriz Automotriz (ERGON) Automotriz (ERGON) Automotriz (ERGON) Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay
Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador jxerraezgmailcom 24jonathan1992gmail mfcoellouazuayeduec alopezhuazuayeduec dacorderomuazuay
com eduec
2
certificacioacuten de vehiacuteculos) utiliza un dinamoacutemetro de chasis
donde el conductor sigue rutas estaacutendar denominados ciclos de
conduccioacuten que son curvas de velocidad-tiempo y representan
patrones de manejo tiacutepico de una ciudad o regioacuten El IDEA y la
VCA utiliza un ciclo de conduccioacuten el NEDC (Nuevo ciclo de
conduccioacuten europeo) [6]
Por otro lado la EPA (Agencia de proteccioacuten ambiental de
los Estados Unidos) posee una base de datos con el consumo
de combustible de diversos vehiacuteculos para esto utiliza 2 ciclos
de conduccioacuten el FTP75 (Procedimiento de prueba federal) y
el HWFET (Prueba de economiacutea de combustible en carretera)
[7] Estos valores de consumo de combustible se obtienen en
condiciones de pruebas especiacuteficas y por lo tanto no
necesariamente se logran en condiciones de conduccioacuten de la
vida real Una variedad de factores puede influir en el consumo
real de combustible por ejemplo el estilo de conduccioacuten y el
comportamiento asiacute como el entorno y las condiciones bajo las
cuales se opera el vehiacuteculo [8]
En Grecia en la ciudad de Patra en su estudio denominado
Impacto de la altitud en el consumo de combustible de un
automoacutevil a gasolina se determinoacute el consumo de combustible
en dos diferentes altitudes 700 y 2200 msnm implementando
tres ciclos conduccioacuten estandarizados el autor concluye que
existe una disminucioacuten de consumo de combustible en la altura
con los ciclos de conduccioacuten FTP75 y NEDC cuya diferencia
porcentual es 25 y 35 respectivamente Ademaacutes en el
ciclo de conduccioacuten HWFET presenta una tendencia negativa
es decir existe un aumento de combustible cuya diferencia
porcentual es 65 [9]
En la ciudad de Quito se desarrollaron ciclos de conduccioacuten
para evaluar el rendimiento de combustible tanto en ciudad
como en carretera los resultados obtenidos fueron que el
consumo en ciudad es 11287 L100km y en carretera 7524
L100km Ademaacutes realizaron una comparacioacuten del rendimiento
de combustible implementando los ciclos de conduccioacuten
desarrollados cuya diferencia porcentual fue 36 mayor a los
datos proporcionados por el fabricante [10]
En Ecuador en la ciudad de Cuenca se determinoacute el
consumo de combustible de vehiacuteculos categoriacutea M1 para ello
se tomoacute como base la norma SAE J13212012 Fuel
Comsumption Test Procedure donde se utiliza meacutetodos de
recoleccioacuten de datos y anaacutelisis estadiacutestico para medir el
consumo Por otra parte realiza pruebas en dinamoacutemetro de
chasis con ciclos de conduccioacuten locales [11]
En el Ecuador no existe una base de datos de consumo de
combustible de los vehiacuteculos que maacutes circulan en el paiacutes Si
bien algunos fabricantes de vehiacuteculos brindan esta informacioacuten
no se sabe con exactitud si estos datos se ajustan a las
condiciones en las que los vehiacuteculos operan en la localidad
ciudades en la sierra entre 2000 y 3000msnm topografiacutea de las
viacuteas con altas pendientes y combustible con un octanaje inferior
al que el fabricante recomienda
Por todo lo expuesto anteriormente el propoacutesito de este
trabajo es alimentar a una base de datos con el consumo de
combustible de los vehiacuteculos que circulan en la ciudad de
Cuenca con base en los ciclos de conduccioacuten EPA FTP75 y
EPA HWFET en dinamoacutemetro de chasis Esta informacioacuten se
podriacutea utilizar en futuros estudios de mitigacioacuten sobre el
impacto que generan los vehiacuteculos al medio ambiente
MATERIALES Y MEacuteTODOS
Para la determinacioacuten del consumo de combustible este
estudio toma como referencia la norma ISO 10521 la cual
consta de dos partes ISO 10521 (1) describe el meacutetodo para
obtener los coeficientes de carga A B y C bajo condiciones
atmosfeacutericas de referencia en carretera y la ISO 10521 (2)
reproduccioacuten de carga en el dinamoacutemetro de chasis
Estos coeficientes de carga describen la fuerza total A
(inercia) B (friccioacuten) y C (arrastre) que actuacutean sobre un
vehiacuteculo las cuales generan la carga en los rodillos del banco
dinamomeacutetrico simulando las condiciones de carretera
Este estudio abarca el anaacutelisis del consumo de combustible
de dos vehiacuteculos de prueba los cuales fueron denominados
como Vehiacuteculo X Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y
Vehiacuteculo Y Kia Picanto 11L 2006
En la Tabla 1 se aprecia las caracteriacutesticas de cada vehiacuteculo de
prueba
Tabla 1 Caracteriacutesticas teacutecnicas de los vehiacuteculos
Vehiacuteculo
Caracteriacutesticas Vehiacuteculo X Vehiacuteculo Y
Antildeo 2011 2006
Cilindrada 1600 cm3
1100 cm3
Transmisioacuten Manual Manual
Torquerpm 147 kg-m a 3600
rpm
98 kg-m a 2800
rpm
Potenciarpm 103hp a 6000rpm 64hp 5500 rpm
Combustible Gasolina Gasolina
Peso bruto
vehicular 1535 Kg
1350 kg
Peso en vaciacuteo 1125 Kg 966 kg
A Caacutelculo de los coeficientes de carga
1) Prueba coastdown carretera
Las pruebas se realizan bajo la norma ISO 10521 (1) donde
se efectuacutean pruebas de desaceleracioacuten libre (coastdown) para
esto el vehiacuteculo debe llegar a una velocidad de 100 kmh y
dejar que el vehiacuteculo se detenga por la resistencia a la rodadura
y por accioacuten del aire para esto se debe colocar la caja de
cambios en posicioacuten neutral
3
Las pruebas coastdown se llevaron a cabo en la provincia
del Azuay ciudad Cuenca parroquia Cumbe en la carretera
panamericana 35 Esta encuentra ubicada a 2639 msnm una
distancia total de 2 km aproximadamente y posee una
inclinacioacuten maacutexima de 24
A continuacioacuten se detallan algunos requisitos para realizar
las pruebas coastdown
- El vehiacuteculo debe estar en condiciones normales seguacuten
lo especificado por el fabricante es decir presioacuten de
los neumaacuteticos alineacioacuten de las ruedas altura del
vehiacuteculo lubricantes en el tren motriz y el ajuste de
los frenos para evitar la resistencia paraacutesita no
deseada
- Antes de la prueba el vehiacuteculo debe pre acondicionarse
adecuadamente para alcanzar la temperatura oacuteptima
de funcionamiento se recomienda conducir el
vehiacuteculo durante un periacuteodo de 30 minutos
- Durante la prueba de carretera cualquier cubierta del
sistema de ventilacioacuten de aire faros etc deberaacute estar
cerrada y el aire acondicionado apagado
- El movimiento del volante se debe evitar tanto como
sea posible y el vehiacuteculo no se operaraacute hasta el final
de la desaceleracioacuten
- Repetir la prueba teniendo cuidado de comenzar la
desaceleracioacuten a la misma velocidad y condiciones
previas
- Realizar el test de desaceleracioacuten libre en ambas
direcciones para eliminar la pendiente
- Si durante un test en una direccioacuten el conductor se ve
obligado a cambiar bruscamente la direccioacuten del
vehiacuteculo esta medicioacuten y la medida emparejada en la
direccioacuten opuesta seraacuten rechazadas
Para la obtencioacuten de los datos de velocidad y tiempo los
vehiacuteculos son instrumentados con un sistema de
posicionamiento global (GPS VBOX SPORT) con frecuencia
de 20Hz En la Figura 1 se aprecia la curva caracteriacutestica de la
prueba de desaceleracioacuten libre en donde disminuye la
velocidad en funcioacuten del tiempo
Figura 1 Test de desaceleracioacuten libre
Es necesario calcular la fuerza requerida en rueda para ello
se utiliza la ecuacioacuten 1
Ft= ((m + m r) 36) x 2 ∆V∆t (1)
En donde
m es la masa del vehiacuteculo de prueba incluidos el conductor y
los instrumentos en kilogramos (kg)
mr se puede estimar como el 3 de la masa del vehiacuteculo sin
carga
A partir de la Ecuacioacuten 1 se obtiene un valor de fuerza
respecto a cada valor de velocidad generando un diagrama
fuerza-velocidad se obtiene lo coeficientes de carga mediante
el meacutetodo de regresioacuten polinomial de segundo grado donde
obtendraacute
F= At+BtV+CtV2
(2)
At = [N]
Bt= [N (kmh)]
Ct = [N (kmh) 2]
En donde At Bt y Ct son los coeficientes de carga en
carretera ecuacioacuten 2
Definidos los coeficientes de carga en carretera es necesario
aplicar los factores de correccioacuten de acuerdo a la norma ISO
10521 (2) para esto se aplicaraacuten las ecuaciones 3 4 y 5
Ad = 05 x At [3]
Bd = 02 x Bt [4]
Cd = Ct [5]
En donde Ad Bd y Cd son los coeficientes de carga inicial
del rodillo del dinamoacutemetro de chasis
Previo a realizar las pruebas coastdown en el dinamoacutemetro
de chasis es necesario ingresar estos coeficientes que se
utilizaraacuten como configuracioacuten de carga inicial del rodillo
2) Pruebas coastdown en el dinamoacutemetro de chasis
El dinamoacutemetro de chasis utilizado para el test de
aceleracioacuten libre se puede observar en la Figura 2 El cual
posee un rodillo de 30rdquo de diaacutemetro capacidad para soportar
una velocidad maacutexima de 362 kmh una potencia maacutexima de
absorcioacuten de 1200 Hp y soporta un peso maacuteximo de 3629 kg
4
Figura 2 Dinamoacutemetro de chasis
Las pruebas se realizan bajo la norma ISO 10521 (1) donde
se efectuacutean pruebas de desaceleracioacuten libre para esto el
vehiacuteculo debe llegar a una velocidad de 100 kmh y dejar que
el vehiacuteculo se detenga por la carga generada en el rodillo Para
esto se debe colocar la caja de cambios en posicioacuten neutral
Para la obtencioacuten de los datos de velocidad y tiempo se
utiliza el software del banco dinamomeacutetrico el cual entrega
datos a 1Hz de frecuencia
Por otra parte es necesario calcular la fuerza requerida en
rueda para ello se utiliza la ecuacioacuten 6
Ft= ((m d + mrsquor) 36) x 2 ∆V∆t (6)
En donde
md es la masa de inercia equivalente del dinamoacutemetro del
chasis en kilogramos (kg)
mrsquor es la masa efectiva equivalente de las ruedas motrices y
componentes del vehiacuteculo que giran con las ruedas durante la
desaceleracioacuten en el dinamoacutemetro en kilogramos (kg) Se
puede estimar como el 15 de la masa del vehiacuteculo sin carga
De la misma manera con la ecuacioacuten 6 se obtiene un valor
de fuerza respecto a cada valor de velocidad generando un
diagrama fuerza-velocidad se obtiene los coeficientes de carga
mediante el meacutetodo de regresioacuten polinomial de segundo grado
donde obtendra
Fs= As+BsV+CsV2
(7)
As = [N]
Bs = [N (kmh)]
Cs = [N (kmh) 2 ]
En donde As Bs y Cs son los coeficientes de carga del
dinamoacutemetro de chasis ecuacioacuten 7
Para obtener los coeficientes finales de carga A B y C la
norma ISO 10521 (2) establece las ecuaciones 8 9 y 10
A = At + Ad ndash As [8]
B = Bt + Bd ndash Bs [9]
C = Ct + Cd ndash Cs [10]
Las siglas s t y d hacen referencia a simulate target y
dynamometer respectivamente
Estos seraacuten introducidos en el dinamoacutemetro de chasis para
realizar las pruebas de consumo de combustible
B Medicioacuten del consumo de combustible en dinamoacutemetro
de chasis
El procedimiento para la medicioacuten del consumo de
combustible es seguir las trayectorias de los ciclos de
conduccioacuten que se cargan en el dinamoacutemetro de chasis
considerando las condiciones de la localidad de Cuenca Para
esto se utilizan dos ciclos de conduccioacuten el FTP75 y el
HWFET
El FTP75 posee una distancia total 1104 millas (1777 km)
una velocidad media de 212 mph (3412 kmh) velocidad
maacutexima de 567 mph (9126 kmh) y una duracioacuten de 1874
segundos (Figura 3)
Figura 3 Prueba de laboratorio (Ciclo de conduccioacuten FTP75)
El HWFET posee una distancia total de 1026 millas (1645
km) una velocidad media de 483 mph (777 kmh) velocidad
maacutexima de 599 mph (964 kmh) y una duracioacuten de 765
segundos (Figura 4)
Figura 4 Prueba de laboratorio (ciclo de conduccioacuten HWFET)
Para obtener los datos del consumo de combustibles se
utilizan los siguientes equipos
5
1) Flujoacutemetro KVM 2012
Para esta medicioacuten se cuenta con un medidor de flujo de
combustible KVM 2012 con rango de operacioacuten de 20 a
100degC un rango de presioacuten de -1 a 16bar y capacidad para
medir un flujo de 15 a 500 Lh Este equipo se lo conecta
directamente en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
generando asiacute datos de consumo de combustible en tiempo real
2) Interface OBD II ELM327
Para esta medicioacuten se cuenta con un sistema de adquisicioacuten
de datos del motor a traveacutes del puerto de conexioacuten OBDII con
este equipo se puede estimar el consumo de combustible
mediante la relacioacuten de variables fiacutesicas como presioacuten en el
muacuteltiple de admisioacuten o flujo de aire de admisioacuten reacutegimen de
giro del motor temperatura del aire proporcioacuten de mezcla aire-
combustible etc
En la Figura 5 se puede observar en resumen la metodologiacutea
a seguir para la determinacioacuten del consumo de combustible
RESULTADOS
A partir de la regresioacuten polinomial de segundo grado se
obtuvieron tanto los coeficientes de carga en carretera como en
el dinamoacutemetro de chasis En la Figura 6 se aprecia la regresioacuten
polinomial donde se puede observar que a mayor velocidad
mayor seraacute la fuerza que se opone al movimiento del vehiacuteculo
Figura 6 Obtencioacuten de coeficientes de carga mediante
regresioacuten polinomial de segundo grado
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en carretera se describen en la tabla 2
Tabla 2 Coeficientes de carga en carretera
Vehiacuteculo X
At 435465 plusmn 27616 [N]
Bt 3109 plusmn 2821 [N(kmh)]
Ct
0038 plusmn 0029 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
At 380285 plusmn 161659 [N]
Bt 3350 plusmn 1809 [N(kmh)]
Ct 0024 plusmn 0015 [N(kmh)2]
Para este anaacutelisis no se consideraron los coeficientes de carga
inicial del rodillo Es decir Ad Bd Cd con valores de cero
Por lo que la ecuacioacuten final para determinar los coeficientes
A B y C es
A = At - As [11]
B = Bt - Bs [12]
C = Ct - Cs [13]
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en el dinamoacutemetro de chasis se describen en la
Tabla 3
Figura 5 Metodologiacutea consumo de combustible
6
Tabla 3 Coeficientes de carga en dinamoacutemetro de chasis
Vehiacuteculo X
As 235251 plusmn 10771 [N]
Bs 2663 plusmn 0443 [N(kmh)]
Cs -0006 plusmn 0004 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
As 177984 plusmn 7771 [N]
Bs 3283 plusmn 0677 [N(kmh)]
Cs -0014 plusmn 0005 [N(kmh)2]
Los coeficientes finales obtenidos se pueden observar en la
Tabla 4 Para lo cual se utilizaron las Ecuaciones 11 12 y 13
Tabla 4 Coeficientes de carga finales
Vehiacuteculo X
A 200214 [N]
B 0475 [N(kmh)]
C
0044 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
A 202300 [N]
B 0067 [N(kmh)]
C 0039 [N(kmh)2]
Se determinoacute el consumo de combustible de los vehiacuteculos
seleccionados siguiendo los ciclos de conduccioacuten HWFET Y
FTP75 Para esto se instrumentoacute a los vehiacuteculos con los
equipos mencionados anteriormente que son flujoacutemetro e
Interface OBDII ELM327
A Consumo de combustible del vehiacuteculo X
En la Tabla 5 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con cada equipo de medicioacuten
Tabla 5 Consumo de combustible vehiacuteculo X
VEHIacuteCULO X
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 6644plusmn005 7765plusmn00
7
[L100km]
FTP75 8377plusmn120 9944plusmn11
8
[L100km]
Como se puede observar en la Figura 7 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET es 169 menor al brindado por el ELM
327 Asiacute mismo el consumo en el ciclo de conduccioacuten FTP75
proporcionado por el flujometro es 18 menor al calculado por
el OBD II ELM327
Esta diferencia se debe a que el OBDII realiza un caacutelculo
considerando variables fiacutesicas del motor mencionadas
anteriormente Y el flujoacutemetro mide de manera fiacutesica el
consumo de combustible ya que este se conecta directamente
en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
Figura 7 Consumo de combustible del vehiacuteculo X
Por otra parte la Figura 8 muestra una comparacioacuten del
consumo de combustible entre los datos obtenidos por el
flujoacutemetro y los del fabricante
Figura 8 Comparacioacuten Consumo de combustible
7
Como se puede observar en la Figura 8 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo HWFET es
25 mayor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo FTP75 es 5 menor a los datos
del fabricante
Esta diferencia se debe a las condiciones a las cuales fueron
realizadas las pruebas Ya que no existe informacioacuten de la
metodologiacutea implementada por el fabricante
B Consumo de combustible vehiacuteculo Y
En la Tabla 6 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con los equipos de medicioacuten del vehiacuteculo Y
Tabla 6 Consumo de combustible del Vehiacuteculo Y
VEHIacuteCULO Y
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 609plusmn013
713plusmn03
3
[L100km]
FTP75 645plusmn010 790plusmn02
4
L100 km]
El consumo de combustible obtenido por el flujoacutemetro en el
ciclo de conduccioacuten HWFET es 17 menor al calculado por
el ELM327 Asiacute mismo la Figura 9 muestra que el consumo
proporcionado por el flujoacutemetro en el ciclo de conduccioacuten
FTP75 es 224 menor al brindado por el ELM 327
Figura 9 Consumo de combustible del vehiacuteculo Y
Como se puede observar en la Figura 10 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo FTP75 es
067 menor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo HWFET es 27 mayor a los
datos del fabricante
Figura 10 Comparacioacuten consumo de combustible
Si se considera el KVR (indicador de kiloacutemetros recorridos)
local que es 3604 kmdiacutea [12] se estima que el consumo de
combustible del vehiacuteculo X es 873 4 Lantildeo y del vehiacuteculo Y es
82223 Lantildeo
Como se puede observar en la Figura 11 el consumo de
combustible anual del vehiacuteculo X es 58 mayor al vehiacuteculo
Y Esto se debe a las caracteriacutesticas teacutecnicas de cada vehiacuteculo
ya que el vehiacuteculo X presente mayor cilindrada
Figura 11 Consumo de combustible anual
CONCLUSIONES
Para la estimacioacuten de consumo de combustible se utilizan
ciclos de conduccioacuten que representan la forma tiacutepica de
conduccioacuten en ciudad y carretera Las mediciones se llevaron a
cabo en dinamoacutemetro de chasis siguiendo ciclos de conduccioacuten
establecidos por la EPA el FTP75 y HWFET siendo estos los
maacutes representativos a nivel mundial
8
Al seguir la metodologiacutea de la norma ISO 10521 se
obtuvieron los coeficientes de carga de configuracioacuten del
dinamoacutemetro de chasis Los coeficientes para el vehiacuteculo X
son A=200214 [N] B=0475 [N(kmh)] y C= 0044
[N(kmh) 2] para el vehiacuteculo X son A=202300 [N]
B=0067[N(kmh)] y C igual a 0039 [N(kmh)2]
Para determinar el consumo de combustible se utilizaron dos
dispositivos flujoacutemetro e interfaz OBII siguiendo los ciclos de
conduccioacuten FTP75 y HWFET mediante un dinamoacutemetro de
chasis Se realizoacute un total de 20 pruebas en cada vehiacuteculo los
resultados obtenidos fueron Vehiacuteculo X flujoacutemetro 664
L100km y con ELM327 7765 L100km en el ciclo de
conduccioacuten HWFET De la misma manera para el ciclo de
conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 8377 L100km y con ELM327
9944 L100km En cuanto al vehiacuteculo Y los resultados
obtenidos fueron flujometro 609 L100km y con ELM327
713 L100km en el ciclo de conduccioacuten HWFET asiacute mismo
para el ciclo de conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 645 L100km y
con ELM327 790 L100km
Por otra parte se presenta una comparacioacuten entre dos
dispositivos de adquisicioacuten de flujo de combustible
(flujometro interfaz OBII) dando una diferencia porcentual
para el ciclo FTP75 de 1575 y para el HWFET de 1443
estas diferencias mayores se presentan en el vehiacuteculo X con la
interfaz OBII respecto al flujoacutemetro Asiacute mismo se presentan
diferencias porcentuales mayores para el ciclo de FTP75 de
1835 y para HWFET 1458 debido a que el primer
dispositivo (flujoacutemetro) brinda una medida fiacutesica mientras que
el segundo dispositivo (lector OBII) brinda una estimacioacuten de
flujo tomando en cuenta datos monitoreados por los sensores
Al comparar el consumo de combustible obtenido por los
dos sistemas de medicioacuten se obtuvo que para el vehiacuteculo X el
OBDII presenta un 317 mayor de consumo de combustible
en relacioacuten al del fabricante y un 144 mayor al obtenido por
el flujoacutemetro en el ciclo HWFET y para el ciclo FTP75 existe
una diferencia de 1046 mayor al del fabricante y 1579
mayor al obtenido por el flujoacutemetro (Figura 12)
Figura 12 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo X
En cuanto al vehiacuteculo Y el consumo de combustible
obtenido por el OBD II es 3828 mayor al del fabricante y
145 mayor al obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET y para el ciclo FTP75 hay una diferencia
de 1835 mayor al del fabricante y 177 mayor al obtenido
por el flujoacutemetro (Figura 13)
Figura 13 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo Y
Finalmente estos valores de consumo de combustible
contribuiraacuten a una base de datos que permitiraacute tener una
referencia del consumo de los vehiacuteculos que circulan en la
ciudad considerando las condiciones de la localidad de
Cuenca
Esta determinacioacuten de combustible puede ser utilizada como
una herramienta que ayude en la toma de decisiones para
instituciones encargadas del control del traacutensito vehicular
planteamiento de futuros estudios ambientales o nuevas
revaloraciones de los impuestos de circulacioacuten del vehiacuteculo en
la ciudad entre otras utilidades que se puedan dar
REFERENCIAS
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sobre la Salud en el Mundo 2003 1ndash140 Retrieved
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9
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[10] F E Quinchimbla Pisuntildea and J M Soliacutes Santamariacutea
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Carretera Y Combinado Para Evaluar El Rendimiento
Real Del Combustible De Un Vehiacuteculo Con Motor De
Ciclo Otto En El Distrito Metropolitano De Quitordquo
Esc Politeacutecnica Nac p 163 2015
[11] B A Loyola E Sandoval and J Galvez ldquoAnaacutelisis de
consumo de combustible de los vehiacuteculos de categoriacutea
M1 que circulan en el Centro Histoacuterico de la ciudad de
Cuenca en horas de maacutexima demanda en funcioacuten de los
ciclos de conduccioacutenrdquo p 62 2016
[12] D Sarango and P Moncayo ldquoDeterminacioacuten del
indicador kiloacutemetros-vehiacuteculo recorrido (KVR) para la
ciudad de Cuencardquo p 94 2016
ii
DEDICATORIA
A Dios
Por haberme permitido llegar hasta este punto y haberme dado salud para lograr mis objetivos
ademaacutes de su infinita bondad y amor
A mi madre Teresa Reyes
Por haberme apoyado en todo momento por sus valores perseverancia y motivacioacuten constante
que me ha permitido ser una persona de bien pero maacutes que nada por su amor
A mi Hijo Nicolaacutes Fajardo
Posiblemente en estos momentos no entiendas mis palabras pero para cuando seas capaz quiero
que te des cuenta de lo que significas para miacute Le agradezco a Dios por ponerte en mi camino
que aunque no hables y tu uacutenico medio para expresarse es el llanto me has ensentildeado siendo tan
pequentildeito muchas sabias lecciones para la vida
Jonathan Fajardo
iii
AGRADECIMIENTO
A nuestro Director de Tesis Ing Mateo Coello Salcedo Msc por su generosidad al brindarnos la
oportunidad de recurrir a su capacidad y experiencia cientiacutefica en un marco de confianza afecto
y amistad fundamentales para la concrecioacuten de este proyecto Al Centro de Investigacioacuten
ERGON de la Universidad Del Azuay por brindarnos el espacio y la infraestructura donde
desarrollar este trabajo
iv
IacuteNDICE DE CONTENIDOS
DEDICATORIAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip i
AGRADECIMIENTOhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipiii
IacuteNDICE DE CONTENIDOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip iv
IacuteNDICE DE FIGURAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip v
IacuteNDICE DE TABLAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip v
RESUMENhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipvii
ABSTRACThelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipviii
1 INTRODUCCIOacuteNhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 1
2 MATERIALES Y MEacuteTODOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2
A Caacutelculo de los coeficientes de cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2
1) Prueba coastdown carreterahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip2
2) Pruebas coastdown en el dinamoacutemetro de chasis helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3
B Medicioacuten del consumo de combustible en dinamoacutemetro de chasishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 4
1) Flujometro KVM 2012helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
2) Interface OBD II ELM327helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
3 RESULTADOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 5
A Consumo de combustible del vehiacuteculo Xhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 6
B Consumo de combustible vehiacuteculo Yhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 7
4 CONCLUSIONEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 7
5 REFERENCIAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 8
v
INDICE DE FIGURAS
Figura 1 Test de desaceleracioacuten libre 3
Figura 2 Dinamoacutemetro de chasis 4
Figura 3 Ciclo de conduccioacuten FTP75 4
Figura 4 Ciclo de conduccioacuten HWFET 4
Figura 5 Metodologiacutea consumo de combustible 5
Figura 6 Obtencioacuten de coeficientes de carga mediante regresioacuten polinomial de segundo grado 5
Figura 7 Consumo de combustible del vehiacuteculo X 6
Figura 8 Comparacioacuten Consumo de combustible 6
Figura 9 Consumo de combustible del vehiacuteculo Y 7
Figura 10 Comparacioacuten Consumo de combustible 7
Figura 11 Consumo de combustible anual 7
Figura 12 Consumo de combustible OBDII Flujometro y Fabricante del vehiacuteculo X 8
Figura 13 Consumo de combustible OBDII Flujometro y Fabricante del vehiacuteculo Y 8
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Caracteriacutesticas teacutecnicas de los vehiacuteculos 2
Tabla 2 Coeficientes de carga en carretera 5
Tabla 3 Coeficientes de carga en dinamoacutemetro de chasis 6
Tabla 4 Coeficientes de carga finales 6
Tabla 5 Consumo de combustible vehiacuteculo X 6
Tabla 6 Consumo de combustible del Vehiacuteculo Y 7
viii
Trabajo de Titulacioacuten
Jhordan Erraez Jumbo
Jonathan Fajardo Reyes
Septiembre 2018
Determinacioacuten del consumo de combustible de
vehiacuteculos en base a los ciclos de conduccioacuten EPA
FTP75 Y EPA HWFET en dinamoacutemetro de
chasis
Caso de estudio Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y Kia Picanto 11L 2006
INTRODUCCIOacuteN
En el Ecuador no existe una base de datos de consumo de combustible de los vehiacuteculos que
circulan en el medio Si bien algunos fabricantes de vehiacuteculos brindan esta informacioacuten no se
sabe con exactitud si estos datos se ajustan a las condiciones en las que los vehiacuteculos operan
ciudades en la sierra entre 2000 y 3000 msnm topografiacuteas de las viacuteas con altas pendientes y
combustible con un octanaje inferior al que el fabricante recomienda El propoacutesito de este
trabajo es alimentar a una base de datos con el consumo de combustible de los vehiacuteculos que
circulan en la localidad en base a los ciclos de conduccioacuten EPA FTP75 y EPA HWFET en
dinamoacutemetro de chasis
1
Resumen El presente trabajo propone determinar el consumo
de combustible en dos de los vehiacuteculos maacutes comercializados en
la ciudad de Cuenca (Chevrolet Aveo Activo 2011 y Kia
Picanto 2006) Para ello se utilizoacute un dinamoacutemetro de chasis y
ciclos de conduccioacuten establecidos por la EPA (FTP75 y
HWFET) Se definieron los coeficientes de carga A (inercia) B
(friccioacuten) y C (arrastre) que actuacutean sobre un vehiacuteculo
simulando las condiciones de carretera Para esto se realizan
pruebas coastdown en carretera y en el dinamoacutemetro bajo la
norma ISO 10521 Para determinar el consumo se utilizoacute un
medidor de flujo de combustible y una Interface OBDII Los
resultados para el ciclo urbano y extra urbano fueron de 8377
L100km y 6644 L100km para el Chevrolet Aveo Activo y
de 645 L100km y 609 L100km para el Kia Picanto
Palabras claves coastdown dinamoacutemetro de chasis consumo
de combustible ciclos de conduccioacuten ISO 10521 EPA
HWFET EPA FTP75
Abstract This work aims to determine the fuel consumption in
two of the most commercialized vehicles in Cuenca (2011
Chevrolet Aveo Activo and 2006 Kia Picanto) Driving cycles
established by the EPA (FTP75 and HWFET) and a chassis
dynamometer were used The load coefficients A (inertia) B
(friction) and C (drag) that operate on the vehicle were defined
to simulate road conditions Coastdown tests were performed
on the road and on the dvnamometer under ISO 10521 A fuel
flow meter and an OBDII Interface were used to determine the
consumption The results for the urban and extra urban cycle
were 8377 L100km and 6644 L100km for the Chevrolet
Aveo Activo and of 645 L100km and 609 L100km for the
Kia Picanto
Keywords coastdown chassis dynamometer fuel
consumption driving cycles ISO 10521 EPA HWFET EPA
FTP75
INTRODUCCIOacuteN
La Organizacioacuten Mundial de la Salud certificoacute que el 98
de las ciudades de los paiacuteses en desarrollo con maacutes de 100000
habitantes no cumplen con los estaacutendares de calidad del aire
[1] Asiacute mismo un informe de la Agencia de Proteccioacuten
Ambiental de los Estados Unidos estimoacute que el 33 de
emisiones CO2 en el 2011 fueron del sector del transporte de
las cuales el 63 son provenientes del transporte por carretera
[2] Por otra parte en el 2011 el 59 de la produccioacuten total de
petroacuteleo se utilizoacute para el transporte y se estima que para el
2040 ascienda a 63 lo que representariacutea un consumo diario
de 70 mb [3] Por lo tanto los fabricantes de automoacuteviles estaacuten
bajo presioacuten para proporcionar vehiacuteculos maacutes respetuosos con
el medio ambiente y maacutes eficientes en cuanto al consumo de
combustible [4]
En Ecuador el balance de energiacutea calculado cada antildeo por el
Ministerio Coordinador de Sectores Estrateacutegicos (MICSE)
muestra que el sector del transporte es el mayor consumidor de
combustible en el paiacutes En el antildeo 2015 el consumo total de
combustible del paiacutes fue de aproximadamente 437 millones de
Barriles de Petroacuteleo (BEP) donde los combustibles maacutes
demandados fueron dieacutesel gasolina convencional y premium
kerosene y buacutenker El transporte por carretera es el maacutes
significativo en teacuterminos de consumo de energiacutea ya que
demanda maacutes del 87 de las necesidades totales en el sector
[5]
Hay varias metodologiacuteas para determinar el consumo de
combustible La seleccioacuten de un meacutetodo adecuado depende
generalmente de la instrumentacioacuten que se implemente La
Unioacuten Europea mediante el IDEA (Instituto para la
diversificacioacuten y ahorro de la energiacutea) y la VCA (Agencia de
Determinacioacuten del consumo de combustible de
vehiacuteculos en base a los ciclos de conduccioacuten
EPA FTP75 Y EPA HWFET en dinamoacutemetro
de chasis
Caso de estudio Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y Kia Picanto 11L 2006
Jhordan Erraez Jumbo Jonathan Fajardo Reyes Mateo Coello Salcedo Andreacutes Loacutepez Hidalgo Daniel Cordero Moreno Facultad de Ciencia y Facultad de Ciencia y Centro de Investigacioacuten y Centro de investigacioacuten Centro de Investigacioacuten y
Tecnologiacutea Ingenieriacutea en Tecnologiacutea Ingenieriacutea en Desarrollo en Ingenieriacutea Desarrollo en Ingenieriacutea Desarrollo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Automotriz Mecaacutenica Automotriz Automotriz (ERGON) Automotriz (ERGON) Automotriz (ERGON) Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay
Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador jxerraezgmailcom 24jonathan1992gmail mfcoellouazuayeduec alopezhuazuayeduec dacorderomuazuay
com eduec
2
certificacioacuten de vehiacuteculos) utiliza un dinamoacutemetro de chasis
donde el conductor sigue rutas estaacutendar denominados ciclos de
conduccioacuten que son curvas de velocidad-tiempo y representan
patrones de manejo tiacutepico de una ciudad o regioacuten El IDEA y la
VCA utiliza un ciclo de conduccioacuten el NEDC (Nuevo ciclo de
conduccioacuten europeo) [6]
Por otro lado la EPA (Agencia de proteccioacuten ambiental de
los Estados Unidos) posee una base de datos con el consumo
de combustible de diversos vehiacuteculos para esto utiliza 2 ciclos
de conduccioacuten el FTP75 (Procedimiento de prueba federal) y
el HWFET (Prueba de economiacutea de combustible en carretera)
[7] Estos valores de consumo de combustible se obtienen en
condiciones de pruebas especiacuteficas y por lo tanto no
necesariamente se logran en condiciones de conduccioacuten de la
vida real Una variedad de factores puede influir en el consumo
real de combustible por ejemplo el estilo de conduccioacuten y el
comportamiento asiacute como el entorno y las condiciones bajo las
cuales se opera el vehiacuteculo [8]
En Grecia en la ciudad de Patra en su estudio denominado
Impacto de la altitud en el consumo de combustible de un
automoacutevil a gasolina se determinoacute el consumo de combustible
en dos diferentes altitudes 700 y 2200 msnm implementando
tres ciclos conduccioacuten estandarizados el autor concluye que
existe una disminucioacuten de consumo de combustible en la altura
con los ciclos de conduccioacuten FTP75 y NEDC cuya diferencia
porcentual es 25 y 35 respectivamente Ademaacutes en el
ciclo de conduccioacuten HWFET presenta una tendencia negativa
es decir existe un aumento de combustible cuya diferencia
porcentual es 65 [9]
En la ciudad de Quito se desarrollaron ciclos de conduccioacuten
para evaluar el rendimiento de combustible tanto en ciudad
como en carretera los resultados obtenidos fueron que el
consumo en ciudad es 11287 L100km y en carretera 7524
L100km Ademaacutes realizaron una comparacioacuten del rendimiento
de combustible implementando los ciclos de conduccioacuten
desarrollados cuya diferencia porcentual fue 36 mayor a los
datos proporcionados por el fabricante [10]
En Ecuador en la ciudad de Cuenca se determinoacute el
consumo de combustible de vehiacuteculos categoriacutea M1 para ello
se tomoacute como base la norma SAE J13212012 Fuel
Comsumption Test Procedure donde se utiliza meacutetodos de
recoleccioacuten de datos y anaacutelisis estadiacutestico para medir el
consumo Por otra parte realiza pruebas en dinamoacutemetro de
chasis con ciclos de conduccioacuten locales [11]
En el Ecuador no existe una base de datos de consumo de
combustible de los vehiacuteculos que maacutes circulan en el paiacutes Si
bien algunos fabricantes de vehiacuteculos brindan esta informacioacuten
no se sabe con exactitud si estos datos se ajustan a las
condiciones en las que los vehiacuteculos operan en la localidad
ciudades en la sierra entre 2000 y 3000msnm topografiacutea de las
viacuteas con altas pendientes y combustible con un octanaje inferior
al que el fabricante recomienda
Por todo lo expuesto anteriormente el propoacutesito de este
trabajo es alimentar a una base de datos con el consumo de
combustible de los vehiacuteculos que circulan en la ciudad de
Cuenca con base en los ciclos de conduccioacuten EPA FTP75 y
EPA HWFET en dinamoacutemetro de chasis Esta informacioacuten se
podriacutea utilizar en futuros estudios de mitigacioacuten sobre el
impacto que generan los vehiacuteculos al medio ambiente
MATERIALES Y MEacuteTODOS
Para la determinacioacuten del consumo de combustible este
estudio toma como referencia la norma ISO 10521 la cual
consta de dos partes ISO 10521 (1) describe el meacutetodo para
obtener los coeficientes de carga A B y C bajo condiciones
atmosfeacutericas de referencia en carretera y la ISO 10521 (2)
reproduccioacuten de carga en el dinamoacutemetro de chasis
Estos coeficientes de carga describen la fuerza total A
(inercia) B (friccioacuten) y C (arrastre) que actuacutean sobre un
vehiacuteculo las cuales generan la carga en los rodillos del banco
dinamomeacutetrico simulando las condiciones de carretera
Este estudio abarca el anaacutelisis del consumo de combustible
de dos vehiacuteculos de prueba los cuales fueron denominados
como Vehiacuteculo X Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y
Vehiacuteculo Y Kia Picanto 11L 2006
En la Tabla 1 se aprecia las caracteriacutesticas de cada vehiacuteculo de
prueba
Tabla 1 Caracteriacutesticas teacutecnicas de los vehiacuteculos
Vehiacuteculo
Caracteriacutesticas Vehiacuteculo X Vehiacuteculo Y
Antildeo 2011 2006
Cilindrada 1600 cm3
1100 cm3
Transmisioacuten Manual Manual
Torquerpm 147 kg-m a 3600
rpm
98 kg-m a 2800
rpm
Potenciarpm 103hp a 6000rpm 64hp 5500 rpm
Combustible Gasolina Gasolina
Peso bruto
vehicular 1535 Kg
1350 kg
Peso en vaciacuteo 1125 Kg 966 kg
A Caacutelculo de los coeficientes de carga
1) Prueba coastdown carretera
Las pruebas se realizan bajo la norma ISO 10521 (1) donde
se efectuacutean pruebas de desaceleracioacuten libre (coastdown) para
esto el vehiacuteculo debe llegar a una velocidad de 100 kmh y
dejar que el vehiacuteculo se detenga por la resistencia a la rodadura
y por accioacuten del aire para esto se debe colocar la caja de
cambios en posicioacuten neutral
3
Las pruebas coastdown se llevaron a cabo en la provincia
del Azuay ciudad Cuenca parroquia Cumbe en la carretera
panamericana 35 Esta encuentra ubicada a 2639 msnm una
distancia total de 2 km aproximadamente y posee una
inclinacioacuten maacutexima de 24
A continuacioacuten se detallan algunos requisitos para realizar
las pruebas coastdown
- El vehiacuteculo debe estar en condiciones normales seguacuten
lo especificado por el fabricante es decir presioacuten de
los neumaacuteticos alineacioacuten de las ruedas altura del
vehiacuteculo lubricantes en el tren motriz y el ajuste de
los frenos para evitar la resistencia paraacutesita no
deseada
- Antes de la prueba el vehiacuteculo debe pre acondicionarse
adecuadamente para alcanzar la temperatura oacuteptima
de funcionamiento se recomienda conducir el
vehiacuteculo durante un periacuteodo de 30 minutos
- Durante la prueba de carretera cualquier cubierta del
sistema de ventilacioacuten de aire faros etc deberaacute estar
cerrada y el aire acondicionado apagado
- El movimiento del volante se debe evitar tanto como
sea posible y el vehiacuteculo no se operaraacute hasta el final
de la desaceleracioacuten
- Repetir la prueba teniendo cuidado de comenzar la
desaceleracioacuten a la misma velocidad y condiciones
previas
- Realizar el test de desaceleracioacuten libre en ambas
direcciones para eliminar la pendiente
- Si durante un test en una direccioacuten el conductor se ve
obligado a cambiar bruscamente la direccioacuten del
vehiacuteculo esta medicioacuten y la medida emparejada en la
direccioacuten opuesta seraacuten rechazadas
Para la obtencioacuten de los datos de velocidad y tiempo los
vehiacuteculos son instrumentados con un sistema de
posicionamiento global (GPS VBOX SPORT) con frecuencia
de 20Hz En la Figura 1 se aprecia la curva caracteriacutestica de la
prueba de desaceleracioacuten libre en donde disminuye la
velocidad en funcioacuten del tiempo
Figura 1 Test de desaceleracioacuten libre
Es necesario calcular la fuerza requerida en rueda para ello
se utiliza la ecuacioacuten 1
Ft= ((m + m r) 36) x 2 ∆V∆t (1)
En donde
m es la masa del vehiacuteculo de prueba incluidos el conductor y
los instrumentos en kilogramos (kg)
mr se puede estimar como el 3 de la masa del vehiacuteculo sin
carga
A partir de la Ecuacioacuten 1 se obtiene un valor de fuerza
respecto a cada valor de velocidad generando un diagrama
fuerza-velocidad se obtiene lo coeficientes de carga mediante
el meacutetodo de regresioacuten polinomial de segundo grado donde
obtendraacute
F= At+BtV+CtV2
(2)
At = [N]
Bt= [N (kmh)]
Ct = [N (kmh) 2]
En donde At Bt y Ct son los coeficientes de carga en
carretera ecuacioacuten 2
Definidos los coeficientes de carga en carretera es necesario
aplicar los factores de correccioacuten de acuerdo a la norma ISO
10521 (2) para esto se aplicaraacuten las ecuaciones 3 4 y 5
Ad = 05 x At [3]
Bd = 02 x Bt [4]
Cd = Ct [5]
En donde Ad Bd y Cd son los coeficientes de carga inicial
del rodillo del dinamoacutemetro de chasis
Previo a realizar las pruebas coastdown en el dinamoacutemetro
de chasis es necesario ingresar estos coeficientes que se
utilizaraacuten como configuracioacuten de carga inicial del rodillo
2) Pruebas coastdown en el dinamoacutemetro de chasis
El dinamoacutemetro de chasis utilizado para el test de
aceleracioacuten libre se puede observar en la Figura 2 El cual
posee un rodillo de 30rdquo de diaacutemetro capacidad para soportar
una velocidad maacutexima de 362 kmh una potencia maacutexima de
absorcioacuten de 1200 Hp y soporta un peso maacuteximo de 3629 kg
4
Figura 2 Dinamoacutemetro de chasis
Las pruebas se realizan bajo la norma ISO 10521 (1) donde
se efectuacutean pruebas de desaceleracioacuten libre para esto el
vehiacuteculo debe llegar a una velocidad de 100 kmh y dejar que
el vehiacuteculo se detenga por la carga generada en el rodillo Para
esto se debe colocar la caja de cambios en posicioacuten neutral
Para la obtencioacuten de los datos de velocidad y tiempo se
utiliza el software del banco dinamomeacutetrico el cual entrega
datos a 1Hz de frecuencia
Por otra parte es necesario calcular la fuerza requerida en
rueda para ello se utiliza la ecuacioacuten 6
Ft= ((m d + mrsquor) 36) x 2 ∆V∆t (6)
En donde
md es la masa de inercia equivalente del dinamoacutemetro del
chasis en kilogramos (kg)
mrsquor es la masa efectiva equivalente de las ruedas motrices y
componentes del vehiacuteculo que giran con las ruedas durante la
desaceleracioacuten en el dinamoacutemetro en kilogramos (kg) Se
puede estimar como el 15 de la masa del vehiacuteculo sin carga
De la misma manera con la ecuacioacuten 6 se obtiene un valor
de fuerza respecto a cada valor de velocidad generando un
diagrama fuerza-velocidad se obtiene los coeficientes de carga
mediante el meacutetodo de regresioacuten polinomial de segundo grado
donde obtendra
Fs= As+BsV+CsV2
(7)
As = [N]
Bs = [N (kmh)]
Cs = [N (kmh) 2 ]
En donde As Bs y Cs son los coeficientes de carga del
dinamoacutemetro de chasis ecuacioacuten 7
Para obtener los coeficientes finales de carga A B y C la
norma ISO 10521 (2) establece las ecuaciones 8 9 y 10
A = At + Ad ndash As [8]
B = Bt + Bd ndash Bs [9]
C = Ct + Cd ndash Cs [10]
Las siglas s t y d hacen referencia a simulate target y
dynamometer respectivamente
Estos seraacuten introducidos en el dinamoacutemetro de chasis para
realizar las pruebas de consumo de combustible
B Medicioacuten del consumo de combustible en dinamoacutemetro
de chasis
El procedimiento para la medicioacuten del consumo de
combustible es seguir las trayectorias de los ciclos de
conduccioacuten que se cargan en el dinamoacutemetro de chasis
considerando las condiciones de la localidad de Cuenca Para
esto se utilizan dos ciclos de conduccioacuten el FTP75 y el
HWFET
El FTP75 posee una distancia total 1104 millas (1777 km)
una velocidad media de 212 mph (3412 kmh) velocidad
maacutexima de 567 mph (9126 kmh) y una duracioacuten de 1874
segundos (Figura 3)
Figura 3 Prueba de laboratorio (Ciclo de conduccioacuten FTP75)
El HWFET posee una distancia total de 1026 millas (1645
km) una velocidad media de 483 mph (777 kmh) velocidad
maacutexima de 599 mph (964 kmh) y una duracioacuten de 765
segundos (Figura 4)
Figura 4 Prueba de laboratorio (ciclo de conduccioacuten HWFET)
Para obtener los datos del consumo de combustibles se
utilizan los siguientes equipos
5
1) Flujoacutemetro KVM 2012
Para esta medicioacuten se cuenta con un medidor de flujo de
combustible KVM 2012 con rango de operacioacuten de 20 a
100degC un rango de presioacuten de -1 a 16bar y capacidad para
medir un flujo de 15 a 500 Lh Este equipo se lo conecta
directamente en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
generando asiacute datos de consumo de combustible en tiempo real
2) Interface OBD II ELM327
Para esta medicioacuten se cuenta con un sistema de adquisicioacuten
de datos del motor a traveacutes del puerto de conexioacuten OBDII con
este equipo se puede estimar el consumo de combustible
mediante la relacioacuten de variables fiacutesicas como presioacuten en el
muacuteltiple de admisioacuten o flujo de aire de admisioacuten reacutegimen de
giro del motor temperatura del aire proporcioacuten de mezcla aire-
combustible etc
En la Figura 5 se puede observar en resumen la metodologiacutea
a seguir para la determinacioacuten del consumo de combustible
RESULTADOS
A partir de la regresioacuten polinomial de segundo grado se
obtuvieron tanto los coeficientes de carga en carretera como en
el dinamoacutemetro de chasis En la Figura 6 se aprecia la regresioacuten
polinomial donde se puede observar que a mayor velocidad
mayor seraacute la fuerza que se opone al movimiento del vehiacuteculo
Figura 6 Obtencioacuten de coeficientes de carga mediante
regresioacuten polinomial de segundo grado
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en carretera se describen en la tabla 2
Tabla 2 Coeficientes de carga en carretera
Vehiacuteculo X
At 435465 plusmn 27616 [N]
Bt 3109 plusmn 2821 [N(kmh)]
Ct
0038 plusmn 0029 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
At 380285 plusmn 161659 [N]
Bt 3350 plusmn 1809 [N(kmh)]
Ct 0024 plusmn 0015 [N(kmh)2]
Para este anaacutelisis no se consideraron los coeficientes de carga
inicial del rodillo Es decir Ad Bd Cd con valores de cero
Por lo que la ecuacioacuten final para determinar los coeficientes
A B y C es
A = At - As [11]
B = Bt - Bs [12]
C = Ct - Cs [13]
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en el dinamoacutemetro de chasis se describen en la
Tabla 3
Figura 5 Metodologiacutea consumo de combustible
6
Tabla 3 Coeficientes de carga en dinamoacutemetro de chasis
Vehiacuteculo X
As 235251 plusmn 10771 [N]
Bs 2663 plusmn 0443 [N(kmh)]
Cs -0006 plusmn 0004 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
As 177984 plusmn 7771 [N]
Bs 3283 plusmn 0677 [N(kmh)]
Cs -0014 plusmn 0005 [N(kmh)2]
Los coeficientes finales obtenidos se pueden observar en la
Tabla 4 Para lo cual se utilizaron las Ecuaciones 11 12 y 13
Tabla 4 Coeficientes de carga finales
Vehiacuteculo X
A 200214 [N]
B 0475 [N(kmh)]
C
0044 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
A 202300 [N]
B 0067 [N(kmh)]
C 0039 [N(kmh)2]
Se determinoacute el consumo de combustible de los vehiacuteculos
seleccionados siguiendo los ciclos de conduccioacuten HWFET Y
FTP75 Para esto se instrumentoacute a los vehiacuteculos con los
equipos mencionados anteriormente que son flujoacutemetro e
Interface OBDII ELM327
A Consumo de combustible del vehiacuteculo X
En la Tabla 5 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con cada equipo de medicioacuten
Tabla 5 Consumo de combustible vehiacuteculo X
VEHIacuteCULO X
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 6644plusmn005 7765plusmn00
7
[L100km]
FTP75 8377plusmn120 9944plusmn11
8
[L100km]
Como se puede observar en la Figura 7 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET es 169 menor al brindado por el ELM
327 Asiacute mismo el consumo en el ciclo de conduccioacuten FTP75
proporcionado por el flujometro es 18 menor al calculado por
el OBD II ELM327
Esta diferencia se debe a que el OBDII realiza un caacutelculo
considerando variables fiacutesicas del motor mencionadas
anteriormente Y el flujoacutemetro mide de manera fiacutesica el
consumo de combustible ya que este se conecta directamente
en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
Figura 7 Consumo de combustible del vehiacuteculo X
Por otra parte la Figura 8 muestra una comparacioacuten del
consumo de combustible entre los datos obtenidos por el
flujoacutemetro y los del fabricante
Figura 8 Comparacioacuten Consumo de combustible
7
Como se puede observar en la Figura 8 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo HWFET es
25 mayor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo FTP75 es 5 menor a los datos
del fabricante
Esta diferencia se debe a las condiciones a las cuales fueron
realizadas las pruebas Ya que no existe informacioacuten de la
metodologiacutea implementada por el fabricante
B Consumo de combustible vehiacuteculo Y
En la Tabla 6 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con los equipos de medicioacuten del vehiacuteculo Y
Tabla 6 Consumo de combustible del Vehiacuteculo Y
VEHIacuteCULO Y
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 609plusmn013
713plusmn03
3
[L100km]
FTP75 645plusmn010 790plusmn02
4
L100 km]
El consumo de combustible obtenido por el flujoacutemetro en el
ciclo de conduccioacuten HWFET es 17 menor al calculado por
el ELM327 Asiacute mismo la Figura 9 muestra que el consumo
proporcionado por el flujoacutemetro en el ciclo de conduccioacuten
FTP75 es 224 menor al brindado por el ELM 327
Figura 9 Consumo de combustible del vehiacuteculo Y
Como se puede observar en la Figura 10 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo FTP75 es
067 menor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo HWFET es 27 mayor a los
datos del fabricante
Figura 10 Comparacioacuten consumo de combustible
Si se considera el KVR (indicador de kiloacutemetros recorridos)
local que es 3604 kmdiacutea [12] se estima que el consumo de
combustible del vehiacuteculo X es 873 4 Lantildeo y del vehiacuteculo Y es
82223 Lantildeo
Como se puede observar en la Figura 11 el consumo de
combustible anual del vehiacuteculo X es 58 mayor al vehiacuteculo
Y Esto se debe a las caracteriacutesticas teacutecnicas de cada vehiacuteculo
ya que el vehiacuteculo X presente mayor cilindrada
Figura 11 Consumo de combustible anual
CONCLUSIONES
Para la estimacioacuten de consumo de combustible se utilizan
ciclos de conduccioacuten que representan la forma tiacutepica de
conduccioacuten en ciudad y carretera Las mediciones se llevaron a
cabo en dinamoacutemetro de chasis siguiendo ciclos de conduccioacuten
establecidos por la EPA el FTP75 y HWFET siendo estos los
maacutes representativos a nivel mundial
8
Al seguir la metodologiacutea de la norma ISO 10521 se
obtuvieron los coeficientes de carga de configuracioacuten del
dinamoacutemetro de chasis Los coeficientes para el vehiacuteculo X
son A=200214 [N] B=0475 [N(kmh)] y C= 0044
[N(kmh) 2] para el vehiacuteculo X son A=202300 [N]
B=0067[N(kmh)] y C igual a 0039 [N(kmh)2]
Para determinar el consumo de combustible se utilizaron dos
dispositivos flujoacutemetro e interfaz OBII siguiendo los ciclos de
conduccioacuten FTP75 y HWFET mediante un dinamoacutemetro de
chasis Se realizoacute un total de 20 pruebas en cada vehiacuteculo los
resultados obtenidos fueron Vehiacuteculo X flujoacutemetro 664
L100km y con ELM327 7765 L100km en el ciclo de
conduccioacuten HWFET De la misma manera para el ciclo de
conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 8377 L100km y con ELM327
9944 L100km En cuanto al vehiacuteculo Y los resultados
obtenidos fueron flujometro 609 L100km y con ELM327
713 L100km en el ciclo de conduccioacuten HWFET asiacute mismo
para el ciclo de conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 645 L100km y
con ELM327 790 L100km
Por otra parte se presenta una comparacioacuten entre dos
dispositivos de adquisicioacuten de flujo de combustible
(flujometro interfaz OBII) dando una diferencia porcentual
para el ciclo FTP75 de 1575 y para el HWFET de 1443
estas diferencias mayores se presentan en el vehiacuteculo X con la
interfaz OBII respecto al flujoacutemetro Asiacute mismo se presentan
diferencias porcentuales mayores para el ciclo de FTP75 de
1835 y para HWFET 1458 debido a que el primer
dispositivo (flujoacutemetro) brinda una medida fiacutesica mientras que
el segundo dispositivo (lector OBII) brinda una estimacioacuten de
flujo tomando en cuenta datos monitoreados por los sensores
Al comparar el consumo de combustible obtenido por los
dos sistemas de medicioacuten se obtuvo que para el vehiacuteculo X el
OBDII presenta un 317 mayor de consumo de combustible
en relacioacuten al del fabricante y un 144 mayor al obtenido por
el flujoacutemetro en el ciclo HWFET y para el ciclo FTP75 existe
una diferencia de 1046 mayor al del fabricante y 1579
mayor al obtenido por el flujoacutemetro (Figura 12)
Figura 12 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo X
En cuanto al vehiacuteculo Y el consumo de combustible
obtenido por el OBD II es 3828 mayor al del fabricante y
145 mayor al obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET y para el ciclo FTP75 hay una diferencia
de 1835 mayor al del fabricante y 177 mayor al obtenido
por el flujoacutemetro (Figura 13)
Figura 13 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo Y
Finalmente estos valores de consumo de combustible
contribuiraacuten a una base de datos que permitiraacute tener una
referencia del consumo de los vehiacuteculos que circulan en la
ciudad considerando las condiciones de la localidad de
Cuenca
Esta determinacioacuten de combustible puede ser utilizada como
una herramienta que ayude en la toma de decisiones para
instituciones encargadas del control del traacutensito vehicular
planteamiento de futuros estudios ambientales o nuevas
revaloraciones de los impuestos de circulacioacuten del vehiacuteculo en
la ciudad entre otras utilidades que se puedan dar
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sobre la Salud en el Mundo 2003 1ndash140 Retrieved
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Carretera Y Combinado Para Evaluar El Rendimiento
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Ciclo Otto En El Distrito Metropolitano De Quitordquo
Esc Politeacutecnica Nac p 163 2015
[11] B A Loyola E Sandoval and J Galvez ldquoAnaacutelisis de
consumo de combustible de los vehiacuteculos de categoriacutea
M1 que circulan en el Centro Histoacuterico de la ciudad de
Cuenca en horas de maacutexima demanda en funcioacuten de los
ciclos de conduccioacutenrdquo p 62 2016
[12] D Sarango and P Moncayo ldquoDeterminacioacuten del
indicador kiloacutemetros-vehiacuteculo recorrido (KVR) para la
ciudad de Cuencardquo p 94 2016
iii
AGRADECIMIENTO
A nuestro Director de Tesis Ing Mateo Coello Salcedo Msc por su generosidad al brindarnos la
oportunidad de recurrir a su capacidad y experiencia cientiacutefica en un marco de confianza afecto
y amistad fundamentales para la concrecioacuten de este proyecto Al Centro de Investigacioacuten
ERGON de la Universidad Del Azuay por brindarnos el espacio y la infraestructura donde
desarrollar este trabajo
iv
IacuteNDICE DE CONTENIDOS
DEDICATORIAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip i
AGRADECIMIENTOhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipiii
IacuteNDICE DE CONTENIDOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip iv
IacuteNDICE DE FIGURAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip v
IacuteNDICE DE TABLAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip v
RESUMENhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipvii
ABSTRACThelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipviii
1 INTRODUCCIOacuteNhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 1
2 MATERIALES Y MEacuteTODOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2
A Caacutelculo de los coeficientes de cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2
1) Prueba coastdown carreterahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip2
2) Pruebas coastdown en el dinamoacutemetro de chasis helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3
B Medicioacuten del consumo de combustible en dinamoacutemetro de chasishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 4
1) Flujometro KVM 2012helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
2) Interface OBD II ELM327helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
3 RESULTADOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 5
A Consumo de combustible del vehiacuteculo Xhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 6
B Consumo de combustible vehiacuteculo Yhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 7
4 CONCLUSIONEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 7
5 REFERENCIAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 8
v
INDICE DE FIGURAS
Figura 1 Test de desaceleracioacuten libre 3
Figura 2 Dinamoacutemetro de chasis 4
Figura 3 Ciclo de conduccioacuten FTP75 4
Figura 4 Ciclo de conduccioacuten HWFET 4
Figura 5 Metodologiacutea consumo de combustible 5
Figura 6 Obtencioacuten de coeficientes de carga mediante regresioacuten polinomial de segundo grado 5
Figura 7 Consumo de combustible del vehiacuteculo X 6
Figura 8 Comparacioacuten Consumo de combustible 6
Figura 9 Consumo de combustible del vehiacuteculo Y 7
Figura 10 Comparacioacuten Consumo de combustible 7
Figura 11 Consumo de combustible anual 7
Figura 12 Consumo de combustible OBDII Flujometro y Fabricante del vehiacuteculo X 8
Figura 13 Consumo de combustible OBDII Flujometro y Fabricante del vehiacuteculo Y 8
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Caracteriacutesticas teacutecnicas de los vehiacuteculos 2
Tabla 2 Coeficientes de carga en carretera 5
Tabla 3 Coeficientes de carga en dinamoacutemetro de chasis 6
Tabla 4 Coeficientes de carga finales 6
Tabla 5 Consumo de combustible vehiacuteculo X 6
Tabla 6 Consumo de combustible del Vehiacuteculo Y 7
viii
Trabajo de Titulacioacuten
Jhordan Erraez Jumbo
Jonathan Fajardo Reyes
Septiembre 2018
Determinacioacuten del consumo de combustible de
vehiacuteculos en base a los ciclos de conduccioacuten EPA
FTP75 Y EPA HWFET en dinamoacutemetro de
chasis
Caso de estudio Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y Kia Picanto 11L 2006
INTRODUCCIOacuteN
En el Ecuador no existe una base de datos de consumo de combustible de los vehiacuteculos que
circulan en el medio Si bien algunos fabricantes de vehiacuteculos brindan esta informacioacuten no se
sabe con exactitud si estos datos se ajustan a las condiciones en las que los vehiacuteculos operan
ciudades en la sierra entre 2000 y 3000 msnm topografiacuteas de las viacuteas con altas pendientes y
combustible con un octanaje inferior al que el fabricante recomienda El propoacutesito de este
trabajo es alimentar a una base de datos con el consumo de combustible de los vehiacuteculos que
circulan en la localidad en base a los ciclos de conduccioacuten EPA FTP75 y EPA HWFET en
dinamoacutemetro de chasis
1
Resumen El presente trabajo propone determinar el consumo
de combustible en dos de los vehiacuteculos maacutes comercializados en
la ciudad de Cuenca (Chevrolet Aveo Activo 2011 y Kia
Picanto 2006) Para ello se utilizoacute un dinamoacutemetro de chasis y
ciclos de conduccioacuten establecidos por la EPA (FTP75 y
HWFET) Se definieron los coeficientes de carga A (inercia) B
(friccioacuten) y C (arrastre) que actuacutean sobre un vehiacuteculo
simulando las condiciones de carretera Para esto se realizan
pruebas coastdown en carretera y en el dinamoacutemetro bajo la
norma ISO 10521 Para determinar el consumo se utilizoacute un
medidor de flujo de combustible y una Interface OBDII Los
resultados para el ciclo urbano y extra urbano fueron de 8377
L100km y 6644 L100km para el Chevrolet Aveo Activo y
de 645 L100km y 609 L100km para el Kia Picanto
Palabras claves coastdown dinamoacutemetro de chasis consumo
de combustible ciclos de conduccioacuten ISO 10521 EPA
HWFET EPA FTP75
Abstract This work aims to determine the fuel consumption in
two of the most commercialized vehicles in Cuenca (2011
Chevrolet Aveo Activo and 2006 Kia Picanto) Driving cycles
established by the EPA (FTP75 and HWFET) and a chassis
dynamometer were used The load coefficients A (inertia) B
(friction) and C (drag) that operate on the vehicle were defined
to simulate road conditions Coastdown tests were performed
on the road and on the dvnamometer under ISO 10521 A fuel
flow meter and an OBDII Interface were used to determine the
consumption The results for the urban and extra urban cycle
were 8377 L100km and 6644 L100km for the Chevrolet
Aveo Activo and of 645 L100km and 609 L100km for the
Kia Picanto
Keywords coastdown chassis dynamometer fuel
consumption driving cycles ISO 10521 EPA HWFET EPA
FTP75
INTRODUCCIOacuteN
La Organizacioacuten Mundial de la Salud certificoacute que el 98
de las ciudades de los paiacuteses en desarrollo con maacutes de 100000
habitantes no cumplen con los estaacutendares de calidad del aire
[1] Asiacute mismo un informe de la Agencia de Proteccioacuten
Ambiental de los Estados Unidos estimoacute que el 33 de
emisiones CO2 en el 2011 fueron del sector del transporte de
las cuales el 63 son provenientes del transporte por carretera
[2] Por otra parte en el 2011 el 59 de la produccioacuten total de
petroacuteleo se utilizoacute para el transporte y se estima que para el
2040 ascienda a 63 lo que representariacutea un consumo diario
de 70 mb [3] Por lo tanto los fabricantes de automoacuteviles estaacuten
bajo presioacuten para proporcionar vehiacuteculos maacutes respetuosos con
el medio ambiente y maacutes eficientes en cuanto al consumo de
combustible [4]
En Ecuador el balance de energiacutea calculado cada antildeo por el
Ministerio Coordinador de Sectores Estrateacutegicos (MICSE)
muestra que el sector del transporte es el mayor consumidor de
combustible en el paiacutes En el antildeo 2015 el consumo total de
combustible del paiacutes fue de aproximadamente 437 millones de
Barriles de Petroacuteleo (BEP) donde los combustibles maacutes
demandados fueron dieacutesel gasolina convencional y premium
kerosene y buacutenker El transporte por carretera es el maacutes
significativo en teacuterminos de consumo de energiacutea ya que
demanda maacutes del 87 de las necesidades totales en el sector
[5]
Hay varias metodologiacuteas para determinar el consumo de
combustible La seleccioacuten de un meacutetodo adecuado depende
generalmente de la instrumentacioacuten que se implemente La
Unioacuten Europea mediante el IDEA (Instituto para la
diversificacioacuten y ahorro de la energiacutea) y la VCA (Agencia de
Determinacioacuten del consumo de combustible de
vehiacuteculos en base a los ciclos de conduccioacuten
EPA FTP75 Y EPA HWFET en dinamoacutemetro
de chasis
Caso de estudio Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y Kia Picanto 11L 2006
Jhordan Erraez Jumbo Jonathan Fajardo Reyes Mateo Coello Salcedo Andreacutes Loacutepez Hidalgo Daniel Cordero Moreno Facultad de Ciencia y Facultad de Ciencia y Centro de Investigacioacuten y Centro de investigacioacuten Centro de Investigacioacuten y
Tecnologiacutea Ingenieriacutea en Tecnologiacutea Ingenieriacutea en Desarrollo en Ingenieriacutea Desarrollo en Ingenieriacutea Desarrollo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Automotriz Mecaacutenica Automotriz Automotriz (ERGON) Automotriz (ERGON) Automotriz (ERGON) Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay
Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador jxerraezgmailcom 24jonathan1992gmail mfcoellouazuayeduec alopezhuazuayeduec dacorderomuazuay
com eduec
2
certificacioacuten de vehiacuteculos) utiliza un dinamoacutemetro de chasis
donde el conductor sigue rutas estaacutendar denominados ciclos de
conduccioacuten que son curvas de velocidad-tiempo y representan
patrones de manejo tiacutepico de una ciudad o regioacuten El IDEA y la
VCA utiliza un ciclo de conduccioacuten el NEDC (Nuevo ciclo de
conduccioacuten europeo) [6]
Por otro lado la EPA (Agencia de proteccioacuten ambiental de
los Estados Unidos) posee una base de datos con el consumo
de combustible de diversos vehiacuteculos para esto utiliza 2 ciclos
de conduccioacuten el FTP75 (Procedimiento de prueba federal) y
el HWFET (Prueba de economiacutea de combustible en carretera)
[7] Estos valores de consumo de combustible se obtienen en
condiciones de pruebas especiacuteficas y por lo tanto no
necesariamente se logran en condiciones de conduccioacuten de la
vida real Una variedad de factores puede influir en el consumo
real de combustible por ejemplo el estilo de conduccioacuten y el
comportamiento asiacute como el entorno y las condiciones bajo las
cuales se opera el vehiacuteculo [8]
En Grecia en la ciudad de Patra en su estudio denominado
Impacto de la altitud en el consumo de combustible de un
automoacutevil a gasolina se determinoacute el consumo de combustible
en dos diferentes altitudes 700 y 2200 msnm implementando
tres ciclos conduccioacuten estandarizados el autor concluye que
existe una disminucioacuten de consumo de combustible en la altura
con los ciclos de conduccioacuten FTP75 y NEDC cuya diferencia
porcentual es 25 y 35 respectivamente Ademaacutes en el
ciclo de conduccioacuten HWFET presenta una tendencia negativa
es decir existe un aumento de combustible cuya diferencia
porcentual es 65 [9]
En la ciudad de Quito se desarrollaron ciclos de conduccioacuten
para evaluar el rendimiento de combustible tanto en ciudad
como en carretera los resultados obtenidos fueron que el
consumo en ciudad es 11287 L100km y en carretera 7524
L100km Ademaacutes realizaron una comparacioacuten del rendimiento
de combustible implementando los ciclos de conduccioacuten
desarrollados cuya diferencia porcentual fue 36 mayor a los
datos proporcionados por el fabricante [10]
En Ecuador en la ciudad de Cuenca se determinoacute el
consumo de combustible de vehiacuteculos categoriacutea M1 para ello
se tomoacute como base la norma SAE J13212012 Fuel
Comsumption Test Procedure donde se utiliza meacutetodos de
recoleccioacuten de datos y anaacutelisis estadiacutestico para medir el
consumo Por otra parte realiza pruebas en dinamoacutemetro de
chasis con ciclos de conduccioacuten locales [11]
En el Ecuador no existe una base de datos de consumo de
combustible de los vehiacuteculos que maacutes circulan en el paiacutes Si
bien algunos fabricantes de vehiacuteculos brindan esta informacioacuten
no se sabe con exactitud si estos datos se ajustan a las
condiciones en las que los vehiacuteculos operan en la localidad
ciudades en la sierra entre 2000 y 3000msnm topografiacutea de las
viacuteas con altas pendientes y combustible con un octanaje inferior
al que el fabricante recomienda
Por todo lo expuesto anteriormente el propoacutesito de este
trabajo es alimentar a una base de datos con el consumo de
combustible de los vehiacuteculos que circulan en la ciudad de
Cuenca con base en los ciclos de conduccioacuten EPA FTP75 y
EPA HWFET en dinamoacutemetro de chasis Esta informacioacuten se
podriacutea utilizar en futuros estudios de mitigacioacuten sobre el
impacto que generan los vehiacuteculos al medio ambiente
MATERIALES Y MEacuteTODOS
Para la determinacioacuten del consumo de combustible este
estudio toma como referencia la norma ISO 10521 la cual
consta de dos partes ISO 10521 (1) describe el meacutetodo para
obtener los coeficientes de carga A B y C bajo condiciones
atmosfeacutericas de referencia en carretera y la ISO 10521 (2)
reproduccioacuten de carga en el dinamoacutemetro de chasis
Estos coeficientes de carga describen la fuerza total A
(inercia) B (friccioacuten) y C (arrastre) que actuacutean sobre un
vehiacuteculo las cuales generan la carga en los rodillos del banco
dinamomeacutetrico simulando las condiciones de carretera
Este estudio abarca el anaacutelisis del consumo de combustible
de dos vehiacuteculos de prueba los cuales fueron denominados
como Vehiacuteculo X Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y
Vehiacuteculo Y Kia Picanto 11L 2006
En la Tabla 1 se aprecia las caracteriacutesticas de cada vehiacuteculo de
prueba
Tabla 1 Caracteriacutesticas teacutecnicas de los vehiacuteculos
Vehiacuteculo
Caracteriacutesticas Vehiacuteculo X Vehiacuteculo Y
Antildeo 2011 2006
Cilindrada 1600 cm3
1100 cm3
Transmisioacuten Manual Manual
Torquerpm 147 kg-m a 3600
rpm
98 kg-m a 2800
rpm
Potenciarpm 103hp a 6000rpm 64hp 5500 rpm
Combustible Gasolina Gasolina
Peso bruto
vehicular 1535 Kg
1350 kg
Peso en vaciacuteo 1125 Kg 966 kg
A Caacutelculo de los coeficientes de carga
1) Prueba coastdown carretera
Las pruebas se realizan bajo la norma ISO 10521 (1) donde
se efectuacutean pruebas de desaceleracioacuten libre (coastdown) para
esto el vehiacuteculo debe llegar a una velocidad de 100 kmh y
dejar que el vehiacuteculo se detenga por la resistencia a la rodadura
y por accioacuten del aire para esto se debe colocar la caja de
cambios en posicioacuten neutral
3
Las pruebas coastdown se llevaron a cabo en la provincia
del Azuay ciudad Cuenca parroquia Cumbe en la carretera
panamericana 35 Esta encuentra ubicada a 2639 msnm una
distancia total de 2 km aproximadamente y posee una
inclinacioacuten maacutexima de 24
A continuacioacuten se detallan algunos requisitos para realizar
las pruebas coastdown
- El vehiacuteculo debe estar en condiciones normales seguacuten
lo especificado por el fabricante es decir presioacuten de
los neumaacuteticos alineacioacuten de las ruedas altura del
vehiacuteculo lubricantes en el tren motriz y el ajuste de
los frenos para evitar la resistencia paraacutesita no
deseada
- Antes de la prueba el vehiacuteculo debe pre acondicionarse
adecuadamente para alcanzar la temperatura oacuteptima
de funcionamiento se recomienda conducir el
vehiacuteculo durante un periacuteodo de 30 minutos
- Durante la prueba de carretera cualquier cubierta del
sistema de ventilacioacuten de aire faros etc deberaacute estar
cerrada y el aire acondicionado apagado
- El movimiento del volante se debe evitar tanto como
sea posible y el vehiacuteculo no se operaraacute hasta el final
de la desaceleracioacuten
- Repetir la prueba teniendo cuidado de comenzar la
desaceleracioacuten a la misma velocidad y condiciones
previas
- Realizar el test de desaceleracioacuten libre en ambas
direcciones para eliminar la pendiente
- Si durante un test en una direccioacuten el conductor se ve
obligado a cambiar bruscamente la direccioacuten del
vehiacuteculo esta medicioacuten y la medida emparejada en la
direccioacuten opuesta seraacuten rechazadas
Para la obtencioacuten de los datos de velocidad y tiempo los
vehiacuteculos son instrumentados con un sistema de
posicionamiento global (GPS VBOX SPORT) con frecuencia
de 20Hz En la Figura 1 se aprecia la curva caracteriacutestica de la
prueba de desaceleracioacuten libre en donde disminuye la
velocidad en funcioacuten del tiempo
Figura 1 Test de desaceleracioacuten libre
Es necesario calcular la fuerza requerida en rueda para ello
se utiliza la ecuacioacuten 1
Ft= ((m + m r) 36) x 2 ∆V∆t (1)
En donde
m es la masa del vehiacuteculo de prueba incluidos el conductor y
los instrumentos en kilogramos (kg)
mr se puede estimar como el 3 de la masa del vehiacuteculo sin
carga
A partir de la Ecuacioacuten 1 se obtiene un valor de fuerza
respecto a cada valor de velocidad generando un diagrama
fuerza-velocidad se obtiene lo coeficientes de carga mediante
el meacutetodo de regresioacuten polinomial de segundo grado donde
obtendraacute
F= At+BtV+CtV2
(2)
At = [N]
Bt= [N (kmh)]
Ct = [N (kmh) 2]
En donde At Bt y Ct son los coeficientes de carga en
carretera ecuacioacuten 2
Definidos los coeficientes de carga en carretera es necesario
aplicar los factores de correccioacuten de acuerdo a la norma ISO
10521 (2) para esto se aplicaraacuten las ecuaciones 3 4 y 5
Ad = 05 x At [3]
Bd = 02 x Bt [4]
Cd = Ct [5]
En donde Ad Bd y Cd son los coeficientes de carga inicial
del rodillo del dinamoacutemetro de chasis
Previo a realizar las pruebas coastdown en el dinamoacutemetro
de chasis es necesario ingresar estos coeficientes que se
utilizaraacuten como configuracioacuten de carga inicial del rodillo
2) Pruebas coastdown en el dinamoacutemetro de chasis
El dinamoacutemetro de chasis utilizado para el test de
aceleracioacuten libre se puede observar en la Figura 2 El cual
posee un rodillo de 30rdquo de diaacutemetro capacidad para soportar
una velocidad maacutexima de 362 kmh una potencia maacutexima de
absorcioacuten de 1200 Hp y soporta un peso maacuteximo de 3629 kg
4
Figura 2 Dinamoacutemetro de chasis
Las pruebas se realizan bajo la norma ISO 10521 (1) donde
se efectuacutean pruebas de desaceleracioacuten libre para esto el
vehiacuteculo debe llegar a una velocidad de 100 kmh y dejar que
el vehiacuteculo se detenga por la carga generada en el rodillo Para
esto se debe colocar la caja de cambios en posicioacuten neutral
Para la obtencioacuten de los datos de velocidad y tiempo se
utiliza el software del banco dinamomeacutetrico el cual entrega
datos a 1Hz de frecuencia
Por otra parte es necesario calcular la fuerza requerida en
rueda para ello se utiliza la ecuacioacuten 6
Ft= ((m d + mrsquor) 36) x 2 ∆V∆t (6)
En donde
md es la masa de inercia equivalente del dinamoacutemetro del
chasis en kilogramos (kg)
mrsquor es la masa efectiva equivalente de las ruedas motrices y
componentes del vehiacuteculo que giran con las ruedas durante la
desaceleracioacuten en el dinamoacutemetro en kilogramos (kg) Se
puede estimar como el 15 de la masa del vehiacuteculo sin carga
De la misma manera con la ecuacioacuten 6 se obtiene un valor
de fuerza respecto a cada valor de velocidad generando un
diagrama fuerza-velocidad se obtiene los coeficientes de carga
mediante el meacutetodo de regresioacuten polinomial de segundo grado
donde obtendra
Fs= As+BsV+CsV2
(7)
As = [N]
Bs = [N (kmh)]
Cs = [N (kmh) 2 ]
En donde As Bs y Cs son los coeficientes de carga del
dinamoacutemetro de chasis ecuacioacuten 7
Para obtener los coeficientes finales de carga A B y C la
norma ISO 10521 (2) establece las ecuaciones 8 9 y 10
A = At + Ad ndash As [8]
B = Bt + Bd ndash Bs [9]
C = Ct + Cd ndash Cs [10]
Las siglas s t y d hacen referencia a simulate target y
dynamometer respectivamente
Estos seraacuten introducidos en el dinamoacutemetro de chasis para
realizar las pruebas de consumo de combustible
B Medicioacuten del consumo de combustible en dinamoacutemetro
de chasis
El procedimiento para la medicioacuten del consumo de
combustible es seguir las trayectorias de los ciclos de
conduccioacuten que se cargan en el dinamoacutemetro de chasis
considerando las condiciones de la localidad de Cuenca Para
esto se utilizan dos ciclos de conduccioacuten el FTP75 y el
HWFET
El FTP75 posee una distancia total 1104 millas (1777 km)
una velocidad media de 212 mph (3412 kmh) velocidad
maacutexima de 567 mph (9126 kmh) y una duracioacuten de 1874
segundos (Figura 3)
Figura 3 Prueba de laboratorio (Ciclo de conduccioacuten FTP75)
El HWFET posee una distancia total de 1026 millas (1645
km) una velocidad media de 483 mph (777 kmh) velocidad
maacutexima de 599 mph (964 kmh) y una duracioacuten de 765
segundos (Figura 4)
Figura 4 Prueba de laboratorio (ciclo de conduccioacuten HWFET)
Para obtener los datos del consumo de combustibles se
utilizan los siguientes equipos
5
1) Flujoacutemetro KVM 2012
Para esta medicioacuten se cuenta con un medidor de flujo de
combustible KVM 2012 con rango de operacioacuten de 20 a
100degC un rango de presioacuten de -1 a 16bar y capacidad para
medir un flujo de 15 a 500 Lh Este equipo se lo conecta
directamente en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
generando asiacute datos de consumo de combustible en tiempo real
2) Interface OBD II ELM327
Para esta medicioacuten se cuenta con un sistema de adquisicioacuten
de datos del motor a traveacutes del puerto de conexioacuten OBDII con
este equipo se puede estimar el consumo de combustible
mediante la relacioacuten de variables fiacutesicas como presioacuten en el
muacuteltiple de admisioacuten o flujo de aire de admisioacuten reacutegimen de
giro del motor temperatura del aire proporcioacuten de mezcla aire-
combustible etc
En la Figura 5 se puede observar en resumen la metodologiacutea
a seguir para la determinacioacuten del consumo de combustible
RESULTADOS
A partir de la regresioacuten polinomial de segundo grado se
obtuvieron tanto los coeficientes de carga en carretera como en
el dinamoacutemetro de chasis En la Figura 6 se aprecia la regresioacuten
polinomial donde se puede observar que a mayor velocidad
mayor seraacute la fuerza que se opone al movimiento del vehiacuteculo
Figura 6 Obtencioacuten de coeficientes de carga mediante
regresioacuten polinomial de segundo grado
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en carretera se describen en la tabla 2
Tabla 2 Coeficientes de carga en carretera
Vehiacuteculo X
At 435465 plusmn 27616 [N]
Bt 3109 plusmn 2821 [N(kmh)]
Ct
0038 plusmn 0029 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
At 380285 plusmn 161659 [N]
Bt 3350 plusmn 1809 [N(kmh)]
Ct 0024 plusmn 0015 [N(kmh)2]
Para este anaacutelisis no se consideraron los coeficientes de carga
inicial del rodillo Es decir Ad Bd Cd con valores de cero
Por lo que la ecuacioacuten final para determinar los coeficientes
A B y C es
A = At - As [11]
B = Bt - Bs [12]
C = Ct - Cs [13]
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en el dinamoacutemetro de chasis se describen en la
Tabla 3
Figura 5 Metodologiacutea consumo de combustible
6
Tabla 3 Coeficientes de carga en dinamoacutemetro de chasis
Vehiacuteculo X
As 235251 plusmn 10771 [N]
Bs 2663 plusmn 0443 [N(kmh)]
Cs -0006 plusmn 0004 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
As 177984 plusmn 7771 [N]
Bs 3283 plusmn 0677 [N(kmh)]
Cs -0014 plusmn 0005 [N(kmh)2]
Los coeficientes finales obtenidos se pueden observar en la
Tabla 4 Para lo cual se utilizaron las Ecuaciones 11 12 y 13
Tabla 4 Coeficientes de carga finales
Vehiacuteculo X
A 200214 [N]
B 0475 [N(kmh)]
C
0044 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
A 202300 [N]
B 0067 [N(kmh)]
C 0039 [N(kmh)2]
Se determinoacute el consumo de combustible de los vehiacuteculos
seleccionados siguiendo los ciclos de conduccioacuten HWFET Y
FTP75 Para esto se instrumentoacute a los vehiacuteculos con los
equipos mencionados anteriormente que son flujoacutemetro e
Interface OBDII ELM327
A Consumo de combustible del vehiacuteculo X
En la Tabla 5 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con cada equipo de medicioacuten
Tabla 5 Consumo de combustible vehiacuteculo X
VEHIacuteCULO X
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 6644plusmn005 7765plusmn00
7
[L100km]
FTP75 8377plusmn120 9944plusmn11
8
[L100km]
Como se puede observar en la Figura 7 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET es 169 menor al brindado por el ELM
327 Asiacute mismo el consumo en el ciclo de conduccioacuten FTP75
proporcionado por el flujometro es 18 menor al calculado por
el OBD II ELM327
Esta diferencia se debe a que el OBDII realiza un caacutelculo
considerando variables fiacutesicas del motor mencionadas
anteriormente Y el flujoacutemetro mide de manera fiacutesica el
consumo de combustible ya que este se conecta directamente
en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
Figura 7 Consumo de combustible del vehiacuteculo X
Por otra parte la Figura 8 muestra una comparacioacuten del
consumo de combustible entre los datos obtenidos por el
flujoacutemetro y los del fabricante
Figura 8 Comparacioacuten Consumo de combustible
7
Como se puede observar en la Figura 8 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo HWFET es
25 mayor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo FTP75 es 5 menor a los datos
del fabricante
Esta diferencia se debe a las condiciones a las cuales fueron
realizadas las pruebas Ya que no existe informacioacuten de la
metodologiacutea implementada por el fabricante
B Consumo de combustible vehiacuteculo Y
En la Tabla 6 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con los equipos de medicioacuten del vehiacuteculo Y
Tabla 6 Consumo de combustible del Vehiacuteculo Y
VEHIacuteCULO Y
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 609plusmn013
713plusmn03
3
[L100km]
FTP75 645plusmn010 790plusmn02
4
L100 km]
El consumo de combustible obtenido por el flujoacutemetro en el
ciclo de conduccioacuten HWFET es 17 menor al calculado por
el ELM327 Asiacute mismo la Figura 9 muestra que el consumo
proporcionado por el flujoacutemetro en el ciclo de conduccioacuten
FTP75 es 224 menor al brindado por el ELM 327
Figura 9 Consumo de combustible del vehiacuteculo Y
Como se puede observar en la Figura 10 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo FTP75 es
067 menor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo HWFET es 27 mayor a los
datos del fabricante
Figura 10 Comparacioacuten consumo de combustible
Si se considera el KVR (indicador de kiloacutemetros recorridos)
local que es 3604 kmdiacutea [12] se estima que el consumo de
combustible del vehiacuteculo X es 873 4 Lantildeo y del vehiacuteculo Y es
82223 Lantildeo
Como se puede observar en la Figura 11 el consumo de
combustible anual del vehiacuteculo X es 58 mayor al vehiacuteculo
Y Esto se debe a las caracteriacutesticas teacutecnicas de cada vehiacuteculo
ya que el vehiacuteculo X presente mayor cilindrada
Figura 11 Consumo de combustible anual
CONCLUSIONES
Para la estimacioacuten de consumo de combustible se utilizan
ciclos de conduccioacuten que representan la forma tiacutepica de
conduccioacuten en ciudad y carretera Las mediciones se llevaron a
cabo en dinamoacutemetro de chasis siguiendo ciclos de conduccioacuten
establecidos por la EPA el FTP75 y HWFET siendo estos los
maacutes representativos a nivel mundial
8
Al seguir la metodologiacutea de la norma ISO 10521 se
obtuvieron los coeficientes de carga de configuracioacuten del
dinamoacutemetro de chasis Los coeficientes para el vehiacuteculo X
son A=200214 [N] B=0475 [N(kmh)] y C= 0044
[N(kmh) 2] para el vehiacuteculo X son A=202300 [N]
B=0067[N(kmh)] y C igual a 0039 [N(kmh)2]
Para determinar el consumo de combustible se utilizaron dos
dispositivos flujoacutemetro e interfaz OBII siguiendo los ciclos de
conduccioacuten FTP75 y HWFET mediante un dinamoacutemetro de
chasis Se realizoacute un total de 20 pruebas en cada vehiacuteculo los
resultados obtenidos fueron Vehiacuteculo X flujoacutemetro 664
L100km y con ELM327 7765 L100km en el ciclo de
conduccioacuten HWFET De la misma manera para el ciclo de
conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 8377 L100km y con ELM327
9944 L100km En cuanto al vehiacuteculo Y los resultados
obtenidos fueron flujometro 609 L100km y con ELM327
713 L100km en el ciclo de conduccioacuten HWFET asiacute mismo
para el ciclo de conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 645 L100km y
con ELM327 790 L100km
Por otra parte se presenta una comparacioacuten entre dos
dispositivos de adquisicioacuten de flujo de combustible
(flujometro interfaz OBII) dando una diferencia porcentual
para el ciclo FTP75 de 1575 y para el HWFET de 1443
estas diferencias mayores se presentan en el vehiacuteculo X con la
interfaz OBII respecto al flujoacutemetro Asiacute mismo se presentan
diferencias porcentuales mayores para el ciclo de FTP75 de
1835 y para HWFET 1458 debido a que el primer
dispositivo (flujoacutemetro) brinda una medida fiacutesica mientras que
el segundo dispositivo (lector OBII) brinda una estimacioacuten de
flujo tomando en cuenta datos monitoreados por los sensores
Al comparar el consumo de combustible obtenido por los
dos sistemas de medicioacuten se obtuvo que para el vehiacuteculo X el
OBDII presenta un 317 mayor de consumo de combustible
en relacioacuten al del fabricante y un 144 mayor al obtenido por
el flujoacutemetro en el ciclo HWFET y para el ciclo FTP75 existe
una diferencia de 1046 mayor al del fabricante y 1579
mayor al obtenido por el flujoacutemetro (Figura 12)
Figura 12 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo X
En cuanto al vehiacuteculo Y el consumo de combustible
obtenido por el OBD II es 3828 mayor al del fabricante y
145 mayor al obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET y para el ciclo FTP75 hay una diferencia
de 1835 mayor al del fabricante y 177 mayor al obtenido
por el flujoacutemetro (Figura 13)
Figura 13 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo Y
Finalmente estos valores de consumo de combustible
contribuiraacuten a una base de datos que permitiraacute tener una
referencia del consumo de los vehiacuteculos que circulan en la
ciudad considerando las condiciones de la localidad de
Cuenca
Esta determinacioacuten de combustible puede ser utilizada como
una herramienta que ayude en la toma de decisiones para
instituciones encargadas del control del traacutensito vehicular
planteamiento de futuros estudios ambientales o nuevas
revaloraciones de los impuestos de circulacioacuten del vehiacuteculo en
la ciudad entre otras utilidades que se puedan dar
REFERENCIAS
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sobre la Salud en el Mundo 2003 1ndash140 Retrieved
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fuel consumption models to evaluate eco-driving and
eco-routingrdquo Transp Res Part D Transp Environ
vol 49 no 5 pp 203ndash218 2016
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consumption in Ecuadorrdquo Energy Policy vol 92 pp
359ndash368 2016
9
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[7] EPA (19 de julio de 2017) Vehicle and Fuel
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fuel-emissions-testingdynamometer-drive-schedules
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httpwwwdftgovukvcafcbnew-car-fuel
consumpasp
[9] E Zervas ldquoImpact of altitude on fuel consumption of a
gasoline passenger carrdquo Fuel vol 90 no 6 pp 2340ndash
2342 2011
[10] F E Quinchimbla Pisuntildea and J M Soliacutes Santamariacutea
ldquoDesarrollo De Ciclos De Conduccioacuten En Ciudad
Carretera Y Combinado Para Evaluar El Rendimiento
Real Del Combustible De Un Vehiacuteculo Con Motor De
Ciclo Otto En El Distrito Metropolitano De Quitordquo
Esc Politeacutecnica Nac p 163 2015
[11] B A Loyola E Sandoval and J Galvez ldquoAnaacutelisis de
consumo de combustible de los vehiacuteculos de categoriacutea
M1 que circulan en el Centro Histoacuterico de la ciudad de
Cuenca en horas de maacutexima demanda en funcioacuten de los
ciclos de conduccioacutenrdquo p 62 2016
[12] D Sarango and P Moncayo ldquoDeterminacioacuten del
indicador kiloacutemetros-vehiacuteculo recorrido (KVR) para la
ciudad de Cuencardquo p 94 2016
iv
IacuteNDICE DE CONTENIDOS
DEDICATORIAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip i
AGRADECIMIENTOhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipiii
IacuteNDICE DE CONTENIDOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip iv
IacuteNDICE DE FIGURAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip v
IacuteNDICE DE TABLAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip v
RESUMENhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipvii
ABSTRACThelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipviii
1 INTRODUCCIOacuteNhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 1
2 MATERIALES Y MEacuteTODOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2
A Caacutelculo de los coeficientes de cargahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2
1) Prueba coastdown carreterahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip2
2) Pruebas coastdown en el dinamoacutemetro de chasis helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3
B Medicioacuten del consumo de combustible en dinamoacutemetro de chasishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 4
1) Flujometro KVM 2012helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
2) Interface OBD II ELM327helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
3 RESULTADOShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 5
A Consumo de combustible del vehiacuteculo Xhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 6
B Consumo de combustible vehiacuteculo Yhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 7
4 CONCLUSIONEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 7
5 REFERENCIAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 8
v
INDICE DE FIGURAS
Figura 1 Test de desaceleracioacuten libre 3
Figura 2 Dinamoacutemetro de chasis 4
Figura 3 Ciclo de conduccioacuten FTP75 4
Figura 4 Ciclo de conduccioacuten HWFET 4
Figura 5 Metodologiacutea consumo de combustible 5
Figura 6 Obtencioacuten de coeficientes de carga mediante regresioacuten polinomial de segundo grado 5
Figura 7 Consumo de combustible del vehiacuteculo X 6
Figura 8 Comparacioacuten Consumo de combustible 6
Figura 9 Consumo de combustible del vehiacuteculo Y 7
Figura 10 Comparacioacuten Consumo de combustible 7
Figura 11 Consumo de combustible anual 7
Figura 12 Consumo de combustible OBDII Flujometro y Fabricante del vehiacuteculo X 8
Figura 13 Consumo de combustible OBDII Flujometro y Fabricante del vehiacuteculo Y 8
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Caracteriacutesticas teacutecnicas de los vehiacuteculos 2
Tabla 2 Coeficientes de carga en carretera 5
Tabla 3 Coeficientes de carga en dinamoacutemetro de chasis 6
Tabla 4 Coeficientes de carga finales 6
Tabla 5 Consumo de combustible vehiacuteculo X 6
Tabla 6 Consumo de combustible del Vehiacuteculo Y 7
viii
Trabajo de Titulacioacuten
Jhordan Erraez Jumbo
Jonathan Fajardo Reyes
Septiembre 2018
Determinacioacuten del consumo de combustible de
vehiacuteculos en base a los ciclos de conduccioacuten EPA
FTP75 Y EPA HWFET en dinamoacutemetro de
chasis
Caso de estudio Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y Kia Picanto 11L 2006
INTRODUCCIOacuteN
En el Ecuador no existe una base de datos de consumo de combustible de los vehiacuteculos que
circulan en el medio Si bien algunos fabricantes de vehiacuteculos brindan esta informacioacuten no se
sabe con exactitud si estos datos se ajustan a las condiciones en las que los vehiacuteculos operan
ciudades en la sierra entre 2000 y 3000 msnm topografiacuteas de las viacuteas con altas pendientes y
combustible con un octanaje inferior al que el fabricante recomienda El propoacutesito de este
trabajo es alimentar a una base de datos con el consumo de combustible de los vehiacuteculos que
circulan en la localidad en base a los ciclos de conduccioacuten EPA FTP75 y EPA HWFET en
dinamoacutemetro de chasis
1
Resumen El presente trabajo propone determinar el consumo
de combustible en dos de los vehiacuteculos maacutes comercializados en
la ciudad de Cuenca (Chevrolet Aveo Activo 2011 y Kia
Picanto 2006) Para ello se utilizoacute un dinamoacutemetro de chasis y
ciclos de conduccioacuten establecidos por la EPA (FTP75 y
HWFET) Se definieron los coeficientes de carga A (inercia) B
(friccioacuten) y C (arrastre) que actuacutean sobre un vehiacuteculo
simulando las condiciones de carretera Para esto se realizan
pruebas coastdown en carretera y en el dinamoacutemetro bajo la
norma ISO 10521 Para determinar el consumo se utilizoacute un
medidor de flujo de combustible y una Interface OBDII Los
resultados para el ciclo urbano y extra urbano fueron de 8377
L100km y 6644 L100km para el Chevrolet Aveo Activo y
de 645 L100km y 609 L100km para el Kia Picanto
Palabras claves coastdown dinamoacutemetro de chasis consumo
de combustible ciclos de conduccioacuten ISO 10521 EPA
HWFET EPA FTP75
Abstract This work aims to determine the fuel consumption in
two of the most commercialized vehicles in Cuenca (2011
Chevrolet Aveo Activo and 2006 Kia Picanto) Driving cycles
established by the EPA (FTP75 and HWFET) and a chassis
dynamometer were used The load coefficients A (inertia) B
(friction) and C (drag) that operate on the vehicle were defined
to simulate road conditions Coastdown tests were performed
on the road and on the dvnamometer under ISO 10521 A fuel
flow meter and an OBDII Interface were used to determine the
consumption The results for the urban and extra urban cycle
were 8377 L100km and 6644 L100km for the Chevrolet
Aveo Activo and of 645 L100km and 609 L100km for the
Kia Picanto
Keywords coastdown chassis dynamometer fuel
consumption driving cycles ISO 10521 EPA HWFET EPA
FTP75
INTRODUCCIOacuteN
La Organizacioacuten Mundial de la Salud certificoacute que el 98
de las ciudades de los paiacuteses en desarrollo con maacutes de 100000
habitantes no cumplen con los estaacutendares de calidad del aire
[1] Asiacute mismo un informe de la Agencia de Proteccioacuten
Ambiental de los Estados Unidos estimoacute que el 33 de
emisiones CO2 en el 2011 fueron del sector del transporte de
las cuales el 63 son provenientes del transporte por carretera
[2] Por otra parte en el 2011 el 59 de la produccioacuten total de
petroacuteleo se utilizoacute para el transporte y se estima que para el
2040 ascienda a 63 lo que representariacutea un consumo diario
de 70 mb [3] Por lo tanto los fabricantes de automoacuteviles estaacuten
bajo presioacuten para proporcionar vehiacuteculos maacutes respetuosos con
el medio ambiente y maacutes eficientes en cuanto al consumo de
combustible [4]
En Ecuador el balance de energiacutea calculado cada antildeo por el
Ministerio Coordinador de Sectores Estrateacutegicos (MICSE)
muestra que el sector del transporte es el mayor consumidor de
combustible en el paiacutes En el antildeo 2015 el consumo total de
combustible del paiacutes fue de aproximadamente 437 millones de
Barriles de Petroacuteleo (BEP) donde los combustibles maacutes
demandados fueron dieacutesel gasolina convencional y premium
kerosene y buacutenker El transporte por carretera es el maacutes
significativo en teacuterminos de consumo de energiacutea ya que
demanda maacutes del 87 de las necesidades totales en el sector
[5]
Hay varias metodologiacuteas para determinar el consumo de
combustible La seleccioacuten de un meacutetodo adecuado depende
generalmente de la instrumentacioacuten que se implemente La
Unioacuten Europea mediante el IDEA (Instituto para la
diversificacioacuten y ahorro de la energiacutea) y la VCA (Agencia de
Determinacioacuten del consumo de combustible de
vehiacuteculos en base a los ciclos de conduccioacuten
EPA FTP75 Y EPA HWFET en dinamoacutemetro
de chasis
Caso de estudio Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y Kia Picanto 11L 2006
Jhordan Erraez Jumbo Jonathan Fajardo Reyes Mateo Coello Salcedo Andreacutes Loacutepez Hidalgo Daniel Cordero Moreno Facultad de Ciencia y Facultad de Ciencia y Centro de Investigacioacuten y Centro de investigacioacuten Centro de Investigacioacuten y
Tecnologiacutea Ingenieriacutea en Tecnologiacutea Ingenieriacutea en Desarrollo en Ingenieriacutea Desarrollo en Ingenieriacutea Desarrollo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Automotriz Mecaacutenica Automotriz Automotriz (ERGON) Automotriz (ERGON) Automotriz (ERGON) Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay
Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador jxerraezgmailcom 24jonathan1992gmail mfcoellouazuayeduec alopezhuazuayeduec dacorderomuazuay
com eduec
2
certificacioacuten de vehiacuteculos) utiliza un dinamoacutemetro de chasis
donde el conductor sigue rutas estaacutendar denominados ciclos de
conduccioacuten que son curvas de velocidad-tiempo y representan
patrones de manejo tiacutepico de una ciudad o regioacuten El IDEA y la
VCA utiliza un ciclo de conduccioacuten el NEDC (Nuevo ciclo de
conduccioacuten europeo) [6]
Por otro lado la EPA (Agencia de proteccioacuten ambiental de
los Estados Unidos) posee una base de datos con el consumo
de combustible de diversos vehiacuteculos para esto utiliza 2 ciclos
de conduccioacuten el FTP75 (Procedimiento de prueba federal) y
el HWFET (Prueba de economiacutea de combustible en carretera)
[7] Estos valores de consumo de combustible se obtienen en
condiciones de pruebas especiacuteficas y por lo tanto no
necesariamente se logran en condiciones de conduccioacuten de la
vida real Una variedad de factores puede influir en el consumo
real de combustible por ejemplo el estilo de conduccioacuten y el
comportamiento asiacute como el entorno y las condiciones bajo las
cuales se opera el vehiacuteculo [8]
En Grecia en la ciudad de Patra en su estudio denominado
Impacto de la altitud en el consumo de combustible de un
automoacutevil a gasolina se determinoacute el consumo de combustible
en dos diferentes altitudes 700 y 2200 msnm implementando
tres ciclos conduccioacuten estandarizados el autor concluye que
existe una disminucioacuten de consumo de combustible en la altura
con los ciclos de conduccioacuten FTP75 y NEDC cuya diferencia
porcentual es 25 y 35 respectivamente Ademaacutes en el
ciclo de conduccioacuten HWFET presenta una tendencia negativa
es decir existe un aumento de combustible cuya diferencia
porcentual es 65 [9]
En la ciudad de Quito se desarrollaron ciclos de conduccioacuten
para evaluar el rendimiento de combustible tanto en ciudad
como en carretera los resultados obtenidos fueron que el
consumo en ciudad es 11287 L100km y en carretera 7524
L100km Ademaacutes realizaron una comparacioacuten del rendimiento
de combustible implementando los ciclos de conduccioacuten
desarrollados cuya diferencia porcentual fue 36 mayor a los
datos proporcionados por el fabricante [10]
En Ecuador en la ciudad de Cuenca se determinoacute el
consumo de combustible de vehiacuteculos categoriacutea M1 para ello
se tomoacute como base la norma SAE J13212012 Fuel
Comsumption Test Procedure donde se utiliza meacutetodos de
recoleccioacuten de datos y anaacutelisis estadiacutestico para medir el
consumo Por otra parte realiza pruebas en dinamoacutemetro de
chasis con ciclos de conduccioacuten locales [11]
En el Ecuador no existe una base de datos de consumo de
combustible de los vehiacuteculos que maacutes circulan en el paiacutes Si
bien algunos fabricantes de vehiacuteculos brindan esta informacioacuten
no se sabe con exactitud si estos datos se ajustan a las
condiciones en las que los vehiacuteculos operan en la localidad
ciudades en la sierra entre 2000 y 3000msnm topografiacutea de las
viacuteas con altas pendientes y combustible con un octanaje inferior
al que el fabricante recomienda
Por todo lo expuesto anteriormente el propoacutesito de este
trabajo es alimentar a una base de datos con el consumo de
combustible de los vehiacuteculos que circulan en la ciudad de
Cuenca con base en los ciclos de conduccioacuten EPA FTP75 y
EPA HWFET en dinamoacutemetro de chasis Esta informacioacuten se
podriacutea utilizar en futuros estudios de mitigacioacuten sobre el
impacto que generan los vehiacuteculos al medio ambiente
MATERIALES Y MEacuteTODOS
Para la determinacioacuten del consumo de combustible este
estudio toma como referencia la norma ISO 10521 la cual
consta de dos partes ISO 10521 (1) describe el meacutetodo para
obtener los coeficientes de carga A B y C bajo condiciones
atmosfeacutericas de referencia en carretera y la ISO 10521 (2)
reproduccioacuten de carga en el dinamoacutemetro de chasis
Estos coeficientes de carga describen la fuerza total A
(inercia) B (friccioacuten) y C (arrastre) que actuacutean sobre un
vehiacuteculo las cuales generan la carga en los rodillos del banco
dinamomeacutetrico simulando las condiciones de carretera
Este estudio abarca el anaacutelisis del consumo de combustible
de dos vehiacuteculos de prueba los cuales fueron denominados
como Vehiacuteculo X Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y
Vehiacuteculo Y Kia Picanto 11L 2006
En la Tabla 1 se aprecia las caracteriacutesticas de cada vehiacuteculo de
prueba
Tabla 1 Caracteriacutesticas teacutecnicas de los vehiacuteculos
Vehiacuteculo
Caracteriacutesticas Vehiacuteculo X Vehiacuteculo Y
Antildeo 2011 2006
Cilindrada 1600 cm3
1100 cm3
Transmisioacuten Manual Manual
Torquerpm 147 kg-m a 3600
rpm
98 kg-m a 2800
rpm
Potenciarpm 103hp a 6000rpm 64hp 5500 rpm
Combustible Gasolina Gasolina
Peso bruto
vehicular 1535 Kg
1350 kg
Peso en vaciacuteo 1125 Kg 966 kg
A Caacutelculo de los coeficientes de carga
1) Prueba coastdown carretera
Las pruebas se realizan bajo la norma ISO 10521 (1) donde
se efectuacutean pruebas de desaceleracioacuten libre (coastdown) para
esto el vehiacuteculo debe llegar a una velocidad de 100 kmh y
dejar que el vehiacuteculo se detenga por la resistencia a la rodadura
y por accioacuten del aire para esto se debe colocar la caja de
cambios en posicioacuten neutral
3
Las pruebas coastdown se llevaron a cabo en la provincia
del Azuay ciudad Cuenca parroquia Cumbe en la carretera
panamericana 35 Esta encuentra ubicada a 2639 msnm una
distancia total de 2 km aproximadamente y posee una
inclinacioacuten maacutexima de 24
A continuacioacuten se detallan algunos requisitos para realizar
las pruebas coastdown
- El vehiacuteculo debe estar en condiciones normales seguacuten
lo especificado por el fabricante es decir presioacuten de
los neumaacuteticos alineacioacuten de las ruedas altura del
vehiacuteculo lubricantes en el tren motriz y el ajuste de
los frenos para evitar la resistencia paraacutesita no
deseada
- Antes de la prueba el vehiacuteculo debe pre acondicionarse
adecuadamente para alcanzar la temperatura oacuteptima
de funcionamiento se recomienda conducir el
vehiacuteculo durante un periacuteodo de 30 minutos
- Durante la prueba de carretera cualquier cubierta del
sistema de ventilacioacuten de aire faros etc deberaacute estar
cerrada y el aire acondicionado apagado
- El movimiento del volante se debe evitar tanto como
sea posible y el vehiacuteculo no se operaraacute hasta el final
de la desaceleracioacuten
- Repetir la prueba teniendo cuidado de comenzar la
desaceleracioacuten a la misma velocidad y condiciones
previas
- Realizar el test de desaceleracioacuten libre en ambas
direcciones para eliminar la pendiente
- Si durante un test en una direccioacuten el conductor se ve
obligado a cambiar bruscamente la direccioacuten del
vehiacuteculo esta medicioacuten y la medida emparejada en la
direccioacuten opuesta seraacuten rechazadas
Para la obtencioacuten de los datos de velocidad y tiempo los
vehiacuteculos son instrumentados con un sistema de
posicionamiento global (GPS VBOX SPORT) con frecuencia
de 20Hz En la Figura 1 se aprecia la curva caracteriacutestica de la
prueba de desaceleracioacuten libre en donde disminuye la
velocidad en funcioacuten del tiempo
Figura 1 Test de desaceleracioacuten libre
Es necesario calcular la fuerza requerida en rueda para ello
se utiliza la ecuacioacuten 1
Ft= ((m + m r) 36) x 2 ∆V∆t (1)
En donde
m es la masa del vehiacuteculo de prueba incluidos el conductor y
los instrumentos en kilogramos (kg)
mr se puede estimar como el 3 de la masa del vehiacuteculo sin
carga
A partir de la Ecuacioacuten 1 se obtiene un valor de fuerza
respecto a cada valor de velocidad generando un diagrama
fuerza-velocidad se obtiene lo coeficientes de carga mediante
el meacutetodo de regresioacuten polinomial de segundo grado donde
obtendraacute
F= At+BtV+CtV2
(2)
At = [N]
Bt= [N (kmh)]
Ct = [N (kmh) 2]
En donde At Bt y Ct son los coeficientes de carga en
carretera ecuacioacuten 2
Definidos los coeficientes de carga en carretera es necesario
aplicar los factores de correccioacuten de acuerdo a la norma ISO
10521 (2) para esto se aplicaraacuten las ecuaciones 3 4 y 5
Ad = 05 x At [3]
Bd = 02 x Bt [4]
Cd = Ct [5]
En donde Ad Bd y Cd son los coeficientes de carga inicial
del rodillo del dinamoacutemetro de chasis
Previo a realizar las pruebas coastdown en el dinamoacutemetro
de chasis es necesario ingresar estos coeficientes que se
utilizaraacuten como configuracioacuten de carga inicial del rodillo
2) Pruebas coastdown en el dinamoacutemetro de chasis
El dinamoacutemetro de chasis utilizado para el test de
aceleracioacuten libre se puede observar en la Figura 2 El cual
posee un rodillo de 30rdquo de diaacutemetro capacidad para soportar
una velocidad maacutexima de 362 kmh una potencia maacutexima de
absorcioacuten de 1200 Hp y soporta un peso maacuteximo de 3629 kg
4
Figura 2 Dinamoacutemetro de chasis
Las pruebas se realizan bajo la norma ISO 10521 (1) donde
se efectuacutean pruebas de desaceleracioacuten libre para esto el
vehiacuteculo debe llegar a una velocidad de 100 kmh y dejar que
el vehiacuteculo se detenga por la carga generada en el rodillo Para
esto se debe colocar la caja de cambios en posicioacuten neutral
Para la obtencioacuten de los datos de velocidad y tiempo se
utiliza el software del banco dinamomeacutetrico el cual entrega
datos a 1Hz de frecuencia
Por otra parte es necesario calcular la fuerza requerida en
rueda para ello se utiliza la ecuacioacuten 6
Ft= ((m d + mrsquor) 36) x 2 ∆V∆t (6)
En donde
md es la masa de inercia equivalente del dinamoacutemetro del
chasis en kilogramos (kg)
mrsquor es la masa efectiva equivalente de las ruedas motrices y
componentes del vehiacuteculo que giran con las ruedas durante la
desaceleracioacuten en el dinamoacutemetro en kilogramos (kg) Se
puede estimar como el 15 de la masa del vehiacuteculo sin carga
De la misma manera con la ecuacioacuten 6 se obtiene un valor
de fuerza respecto a cada valor de velocidad generando un
diagrama fuerza-velocidad se obtiene los coeficientes de carga
mediante el meacutetodo de regresioacuten polinomial de segundo grado
donde obtendra
Fs= As+BsV+CsV2
(7)
As = [N]
Bs = [N (kmh)]
Cs = [N (kmh) 2 ]
En donde As Bs y Cs son los coeficientes de carga del
dinamoacutemetro de chasis ecuacioacuten 7
Para obtener los coeficientes finales de carga A B y C la
norma ISO 10521 (2) establece las ecuaciones 8 9 y 10
A = At + Ad ndash As [8]
B = Bt + Bd ndash Bs [9]
C = Ct + Cd ndash Cs [10]
Las siglas s t y d hacen referencia a simulate target y
dynamometer respectivamente
Estos seraacuten introducidos en el dinamoacutemetro de chasis para
realizar las pruebas de consumo de combustible
B Medicioacuten del consumo de combustible en dinamoacutemetro
de chasis
El procedimiento para la medicioacuten del consumo de
combustible es seguir las trayectorias de los ciclos de
conduccioacuten que se cargan en el dinamoacutemetro de chasis
considerando las condiciones de la localidad de Cuenca Para
esto se utilizan dos ciclos de conduccioacuten el FTP75 y el
HWFET
El FTP75 posee una distancia total 1104 millas (1777 km)
una velocidad media de 212 mph (3412 kmh) velocidad
maacutexima de 567 mph (9126 kmh) y una duracioacuten de 1874
segundos (Figura 3)
Figura 3 Prueba de laboratorio (Ciclo de conduccioacuten FTP75)
El HWFET posee una distancia total de 1026 millas (1645
km) una velocidad media de 483 mph (777 kmh) velocidad
maacutexima de 599 mph (964 kmh) y una duracioacuten de 765
segundos (Figura 4)
Figura 4 Prueba de laboratorio (ciclo de conduccioacuten HWFET)
Para obtener los datos del consumo de combustibles se
utilizan los siguientes equipos
5
1) Flujoacutemetro KVM 2012
Para esta medicioacuten se cuenta con un medidor de flujo de
combustible KVM 2012 con rango de operacioacuten de 20 a
100degC un rango de presioacuten de -1 a 16bar y capacidad para
medir un flujo de 15 a 500 Lh Este equipo se lo conecta
directamente en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
generando asiacute datos de consumo de combustible en tiempo real
2) Interface OBD II ELM327
Para esta medicioacuten se cuenta con un sistema de adquisicioacuten
de datos del motor a traveacutes del puerto de conexioacuten OBDII con
este equipo se puede estimar el consumo de combustible
mediante la relacioacuten de variables fiacutesicas como presioacuten en el
muacuteltiple de admisioacuten o flujo de aire de admisioacuten reacutegimen de
giro del motor temperatura del aire proporcioacuten de mezcla aire-
combustible etc
En la Figura 5 se puede observar en resumen la metodologiacutea
a seguir para la determinacioacuten del consumo de combustible
RESULTADOS
A partir de la regresioacuten polinomial de segundo grado se
obtuvieron tanto los coeficientes de carga en carretera como en
el dinamoacutemetro de chasis En la Figura 6 se aprecia la regresioacuten
polinomial donde se puede observar que a mayor velocidad
mayor seraacute la fuerza que se opone al movimiento del vehiacuteculo
Figura 6 Obtencioacuten de coeficientes de carga mediante
regresioacuten polinomial de segundo grado
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en carretera se describen en la tabla 2
Tabla 2 Coeficientes de carga en carretera
Vehiacuteculo X
At 435465 plusmn 27616 [N]
Bt 3109 plusmn 2821 [N(kmh)]
Ct
0038 plusmn 0029 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
At 380285 plusmn 161659 [N]
Bt 3350 plusmn 1809 [N(kmh)]
Ct 0024 plusmn 0015 [N(kmh)2]
Para este anaacutelisis no se consideraron los coeficientes de carga
inicial del rodillo Es decir Ad Bd Cd con valores de cero
Por lo que la ecuacioacuten final para determinar los coeficientes
A B y C es
A = At - As [11]
B = Bt - Bs [12]
C = Ct - Cs [13]
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en el dinamoacutemetro de chasis se describen en la
Tabla 3
Figura 5 Metodologiacutea consumo de combustible
6
Tabla 3 Coeficientes de carga en dinamoacutemetro de chasis
Vehiacuteculo X
As 235251 plusmn 10771 [N]
Bs 2663 plusmn 0443 [N(kmh)]
Cs -0006 plusmn 0004 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
As 177984 plusmn 7771 [N]
Bs 3283 plusmn 0677 [N(kmh)]
Cs -0014 plusmn 0005 [N(kmh)2]
Los coeficientes finales obtenidos se pueden observar en la
Tabla 4 Para lo cual se utilizaron las Ecuaciones 11 12 y 13
Tabla 4 Coeficientes de carga finales
Vehiacuteculo X
A 200214 [N]
B 0475 [N(kmh)]
C
0044 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
A 202300 [N]
B 0067 [N(kmh)]
C 0039 [N(kmh)2]
Se determinoacute el consumo de combustible de los vehiacuteculos
seleccionados siguiendo los ciclos de conduccioacuten HWFET Y
FTP75 Para esto se instrumentoacute a los vehiacuteculos con los
equipos mencionados anteriormente que son flujoacutemetro e
Interface OBDII ELM327
A Consumo de combustible del vehiacuteculo X
En la Tabla 5 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con cada equipo de medicioacuten
Tabla 5 Consumo de combustible vehiacuteculo X
VEHIacuteCULO X
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 6644plusmn005 7765plusmn00
7
[L100km]
FTP75 8377plusmn120 9944plusmn11
8
[L100km]
Como se puede observar en la Figura 7 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET es 169 menor al brindado por el ELM
327 Asiacute mismo el consumo en el ciclo de conduccioacuten FTP75
proporcionado por el flujometro es 18 menor al calculado por
el OBD II ELM327
Esta diferencia se debe a que el OBDII realiza un caacutelculo
considerando variables fiacutesicas del motor mencionadas
anteriormente Y el flujoacutemetro mide de manera fiacutesica el
consumo de combustible ya que este se conecta directamente
en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
Figura 7 Consumo de combustible del vehiacuteculo X
Por otra parte la Figura 8 muestra una comparacioacuten del
consumo de combustible entre los datos obtenidos por el
flujoacutemetro y los del fabricante
Figura 8 Comparacioacuten Consumo de combustible
7
Como se puede observar en la Figura 8 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo HWFET es
25 mayor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo FTP75 es 5 menor a los datos
del fabricante
Esta diferencia se debe a las condiciones a las cuales fueron
realizadas las pruebas Ya que no existe informacioacuten de la
metodologiacutea implementada por el fabricante
B Consumo de combustible vehiacuteculo Y
En la Tabla 6 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con los equipos de medicioacuten del vehiacuteculo Y
Tabla 6 Consumo de combustible del Vehiacuteculo Y
VEHIacuteCULO Y
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 609plusmn013
713plusmn03
3
[L100km]
FTP75 645plusmn010 790plusmn02
4
L100 km]
El consumo de combustible obtenido por el flujoacutemetro en el
ciclo de conduccioacuten HWFET es 17 menor al calculado por
el ELM327 Asiacute mismo la Figura 9 muestra que el consumo
proporcionado por el flujoacutemetro en el ciclo de conduccioacuten
FTP75 es 224 menor al brindado por el ELM 327
Figura 9 Consumo de combustible del vehiacuteculo Y
Como se puede observar en la Figura 10 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo FTP75 es
067 menor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo HWFET es 27 mayor a los
datos del fabricante
Figura 10 Comparacioacuten consumo de combustible
Si se considera el KVR (indicador de kiloacutemetros recorridos)
local que es 3604 kmdiacutea [12] se estima que el consumo de
combustible del vehiacuteculo X es 873 4 Lantildeo y del vehiacuteculo Y es
82223 Lantildeo
Como se puede observar en la Figura 11 el consumo de
combustible anual del vehiacuteculo X es 58 mayor al vehiacuteculo
Y Esto se debe a las caracteriacutesticas teacutecnicas de cada vehiacuteculo
ya que el vehiacuteculo X presente mayor cilindrada
Figura 11 Consumo de combustible anual
CONCLUSIONES
Para la estimacioacuten de consumo de combustible se utilizan
ciclos de conduccioacuten que representan la forma tiacutepica de
conduccioacuten en ciudad y carretera Las mediciones se llevaron a
cabo en dinamoacutemetro de chasis siguiendo ciclos de conduccioacuten
establecidos por la EPA el FTP75 y HWFET siendo estos los
maacutes representativos a nivel mundial
8
Al seguir la metodologiacutea de la norma ISO 10521 se
obtuvieron los coeficientes de carga de configuracioacuten del
dinamoacutemetro de chasis Los coeficientes para el vehiacuteculo X
son A=200214 [N] B=0475 [N(kmh)] y C= 0044
[N(kmh) 2] para el vehiacuteculo X son A=202300 [N]
B=0067[N(kmh)] y C igual a 0039 [N(kmh)2]
Para determinar el consumo de combustible se utilizaron dos
dispositivos flujoacutemetro e interfaz OBII siguiendo los ciclos de
conduccioacuten FTP75 y HWFET mediante un dinamoacutemetro de
chasis Se realizoacute un total de 20 pruebas en cada vehiacuteculo los
resultados obtenidos fueron Vehiacuteculo X flujoacutemetro 664
L100km y con ELM327 7765 L100km en el ciclo de
conduccioacuten HWFET De la misma manera para el ciclo de
conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 8377 L100km y con ELM327
9944 L100km En cuanto al vehiacuteculo Y los resultados
obtenidos fueron flujometro 609 L100km y con ELM327
713 L100km en el ciclo de conduccioacuten HWFET asiacute mismo
para el ciclo de conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 645 L100km y
con ELM327 790 L100km
Por otra parte se presenta una comparacioacuten entre dos
dispositivos de adquisicioacuten de flujo de combustible
(flujometro interfaz OBII) dando una diferencia porcentual
para el ciclo FTP75 de 1575 y para el HWFET de 1443
estas diferencias mayores se presentan en el vehiacuteculo X con la
interfaz OBII respecto al flujoacutemetro Asiacute mismo se presentan
diferencias porcentuales mayores para el ciclo de FTP75 de
1835 y para HWFET 1458 debido a que el primer
dispositivo (flujoacutemetro) brinda una medida fiacutesica mientras que
el segundo dispositivo (lector OBII) brinda una estimacioacuten de
flujo tomando en cuenta datos monitoreados por los sensores
Al comparar el consumo de combustible obtenido por los
dos sistemas de medicioacuten se obtuvo que para el vehiacuteculo X el
OBDII presenta un 317 mayor de consumo de combustible
en relacioacuten al del fabricante y un 144 mayor al obtenido por
el flujoacutemetro en el ciclo HWFET y para el ciclo FTP75 existe
una diferencia de 1046 mayor al del fabricante y 1579
mayor al obtenido por el flujoacutemetro (Figura 12)
Figura 12 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo X
En cuanto al vehiacuteculo Y el consumo de combustible
obtenido por el OBD II es 3828 mayor al del fabricante y
145 mayor al obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET y para el ciclo FTP75 hay una diferencia
de 1835 mayor al del fabricante y 177 mayor al obtenido
por el flujoacutemetro (Figura 13)
Figura 13 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo Y
Finalmente estos valores de consumo de combustible
contribuiraacuten a una base de datos que permitiraacute tener una
referencia del consumo de los vehiacuteculos que circulan en la
ciudad considerando las condiciones de la localidad de
Cuenca
Esta determinacioacuten de combustible puede ser utilizada como
una herramienta que ayude en la toma de decisiones para
instituciones encargadas del control del traacutensito vehicular
planteamiento de futuros estudios ambientales o nuevas
revaloraciones de los impuestos de circulacioacuten del vehiacuteculo en
la ciudad entre otras utilidades que se puedan dar
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9
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Carretera Y Combinado Para Evaluar El Rendimiento
Real Del Combustible De Un Vehiacuteculo Con Motor De
Ciclo Otto En El Distrito Metropolitano De Quitordquo
Esc Politeacutecnica Nac p 163 2015
[11] B A Loyola E Sandoval and J Galvez ldquoAnaacutelisis de
consumo de combustible de los vehiacuteculos de categoriacutea
M1 que circulan en el Centro Histoacuterico de la ciudad de
Cuenca en horas de maacutexima demanda en funcioacuten de los
ciclos de conduccioacutenrdquo p 62 2016
[12] D Sarango and P Moncayo ldquoDeterminacioacuten del
indicador kiloacutemetros-vehiacuteculo recorrido (KVR) para la
ciudad de Cuencardquo p 94 2016
v
INDICE DE FIGURAS
Figura 1 Test de desaceleracioacuten libre 3
Figura 2 Dinamoacutemetro de chasis 4
Figura 3 Ciclo de conduccioacuten FTP75 4
Figura 4 Ciclo de conduccioacuten HWFET 4
Figura 5 Metodologiacutea consumo de combustible 5
Figura 6 Obtencioacuten de coeficientes de carga mediante regresioacuten polinomial de segundo grado 5
Figura 7 Consumo de combustible del vehiacuteculo X 6
Figura 8 Comparacioacuten Consumo de combustible 6
Figura 9 Consumo de combustible del vehiacuteculo Y 7
Figura 10 Comparacioacuten Consumo de combustible 7
Figura 11 Consumo de combustible anual 7
Figura 12 Consumo de combustible OBDII Flujometro y Fabricante del vehiacuteculo X 8
Figura 13 Consumo de combustible OBDII Flujometro y Fabricante del vehiacuteculo Y 8
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Caracteriacutesticas teacutecnicas de los vehiacuteculos 2
Tabla 2 Coeficientes de carga en carretera 5
Tabla 3 Coeficientes de carga en dinamoacutemetro de chasis 6
Tabla 4 Coeficientes de carga finales 6
Tabla 5 Consumo de combustible vehiacuteculo X 6
Tabla 6 Consumo de combustible del Vehiacuteculo Y 7
viii
Trabajo de Titulacioacuten
Jhordan Erraez Jumbo
Jonathan Fajardo Reyes
Septiembre 2018
Determinacioacuten del consumo de combustible de
vehiacuteculos en base a los ciclos de conduccioacuten EPA
FTP75 Y EPA HWFET en dinamoacutemetro de
chasis
Caso de estudio Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y Kia Picanto 11L 2006
INTRODUCCIOacuteN
En el Ecuador no existe una base de datos de consumo de combustible de los vehiacuteculos que
circulan en el medio Si bien algunos fabricantes de vehiacuteculos brindan esta informacioacuten no se
sabe con exactitud si estos datos se ajustan a las condiciones en las que los vehiacuteculos operan
ciudades en la sierra entre 2000 y 3000 msnm topografiacuteas de las viacuteas con altas pendientes y
combustible con un octanaje inferior al que el fabricante recomienda El propoacutesito de este
trabajo es alimentar a una base de datos con el consumo de combustible de los vehiacuteculos que
circulan en la localidad en base a los ciclos de conduccioacuten EPA FTP75 y EPA HWFET en
dinamoacutemetro de chasis
1
Resumen El presente trabajo propone determinar el consumo
de combustible en dos de los vehiacuteculos maacutes comercializados en
la ciudad de Cuenca (Chevrolet Aveo Activo 2011 y Kia
Picanto 2006) Para ello se utilizoacute un dinamoacutemetro de chasis y
ciclos de conduccioacuten establecidos por la EPA (FTP75 y
HWFET) Se definieron los coeficientes de carga A (inercia) B
(friccioacuten) y C (arrastre) que actuacutean sobre un vehiacuteculo
simulando las condiciones de carretera Para esto se realizan
pruebas coastdown en carretera y en el dinamoacutemetro bajo la
norma ISO 10521 Para determinar el consumo se utilizoacute un
medidor de flujo de combustible y una Interface OBDII Los
resultados para el ciclo urbano y extra urbano fueron de 8377
L100km y 6644 L100km para el Chevrolet Aveo Activo y
de 645 L100km y 609 L100km para el Kia Picanto
Palabras claves coastdown dinamoacutemetro de chasis consumo
de combustible ciclos de conduccioacuten ISO 10521 EPA
HWFET EPA FTP75
Abstract This work aims to determine the fuel consumption in
two of the most commercialized vehicles in Cuenca (2011
Chevrolet Aveo Activo and 2006 Kia Picanto) Driving cycles
established by the EPA (FTP75 and HWFET) and a chassis
dynamometer were used The load coefficients A (inertia) B
(friction) and C (drag) that operate on the vehicle were defined
to simulate road conditions Coastdown tests were performed
on the road and on the dvnamometer under ISO 10521 A fuel
flow meter and an OBDII Interface were used to determine the
consumption The results for the urban and extra urban cycle
were 8377 L100km and 6644 L100km for the Chevrolet
Aveo Activo and of 645 L100km and 609 L100km for the
Kia Picanto
Keywords coastdown chassis dynamometer fuel
consumption driving cycles ISO 10521 EPA HWFET EPA
FTP75
INTRODUCCIOacuteN
La Organizacioacuten Mundial de la Salud certificoacute que el 98
de las ciudades de los paiacuteses en desarrollo con maacutes de 100000
habitantes no cumplen con los estaacutendares de calidad del aire
[1] Asiacute mismo un informe de la Agencia de Proteccioacuten
Ambiental de los Estados Unidos estimoacute que el 33 de
emisiones CO2 en el 2011 fueron del sector del transporte de
las cuales el 63 son provenientes del transporte por carretera
[2] Por otra parte en el 2011 el 59 de la produccioacuten total de
petroacuteleo se utilizoacute para el transporte y se estima que para el
2040 ascienda a 63 lo que representariacutea un consumo diario
de 70 mb [3] Por lo tanto los fabricantes de automoacuteviles estaacuten
bajo presioacuten para proporcionar vehiacuteculos maacutes respetuosos con
el medio ambiente y maacutes eficientes en cuanto al consumo de
combustible [4]
En Ecuador el balance de energiacutea calculado cada antildeo por el
Ministerio Coordinador de Sectores Estrateacutegicos (MICSE)
muestra que el sector del transporte es el mayor consumidor de
combustible en el paiacutes En el antildeo 2015 el consumo total de
combustible del paiacutes fue de aproximadamente 437 millones de
Barriles de Petroacuteleo (BEP) donde los combustibles maacutes
demandados fueron dieacutesel gasolina convencional y premium
kerosene y buacutenker El transporte por carretera es el maacutes
significativo en teacuterminos de consumo de energiacutea ya que
demanda maacutes del 87 de las necesidades totales en el sector
[5]
Hay varias metodologiacuteas para determinar el consumo de
combustible La seleccioacuten de un meacutetodo adecuado depende
generalmente de la instrumentacioacuten que se implemente La
Unioacuten Europea mediante el IDEA (Instituto para la
diversificacioacuten y ahorro de la energiacutea) y la VCA (Agencia de
Determinacioacuten del consumo de combustible de
vehiacuteculos en base a los ciclos de conduccioacuten
EPA FTP75 Y EPA HWFET en dinamoacutemetro
de chasis
Caso de estudio Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y Kia Picanto 11L 2006
Jhordan Erraez Jumbo Jonathan Fajardo Reyes Mateo Coello Salcedo Andreacutes Loacutepez Hidalgo Daniel Cordero Moreno Facultad de Ciencia y Facultad de Ciencia y Centro de Investigacioacuten y Centro de investigacioacuten Centro de Investigacioacuten y
Tecnologiacutea Ingenieriacutea en Tecnologiacutea Ingenieriacutea en Desarrollo en Ingenieriacutea Desarrollo en Ingenieriacutea Desarrollo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Automotriz Mecaacutenica Automotriz Automotriz (ERGON) Automotriz (ERGON) Automotriz (ERGON) Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay
Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador jxerraezgmailcom 24jonathan1992gmail mfcoellouazuayeduec alopezhuazuayeduec dacorderomuazuay
com eduec
2
certificacioacuten de vehiacuteculos) utiliza un dinamoacutemetro de chasis
donde el conductor sigue rutas estaacutendar denominados ciclos de
conduccioacuten que son curvas de velocidad-tiempo y representan
patrones de manejo tiacutepico de una ciudad o regioacuten El IDEA y la
VCA utiliza un ciclo de conduccioacuten el NEDC (Nuevo ciclo de
conduccioacuten europeo) [6]
Por otro lado la EPA (Agencia de proteccioacuten ambiental de
los Estados Unidos) posee una base de datos con el consumo
de combustible de diversos vehiacuteculos para esto utiliza 2 ciclos
de conduccioacuten el FTP75 (Procedimiento de prueba federal) y
el HWFET (Prueba de economiacutea de combustible en carretera)
[7] Estos valores de consumo de combustible se obtienen en
condiciones de pruebas especiacuteficas y por lo tanto no
necesariamente se logran en condiciones de conduccioacuten de la
vida real Una variedad de factores puede influir en el consumo
real de combustible por ejemplo el estilo de conduccioacuten y el
comportamiento asiacute como el entorno y las condiciones bajo las
cuales se opera el vehiacuteculo [8]
En Grecia en la ciudad de Patra en su estudio denominado
Impacto de la altitud en el consumo de combustible de un
automoacutevil a gasolina se determinoacute el consumo de combustible
en dos diferentes altitudes 700 y 2200 msnm implementando
tres ciclos conduccioacuten estandarizados el autor concluye que
existe una disminucioacuten de consumo de combustible en la altura
con los ciclos de conduccioacuten FTP75 y NEDC cuya diferencia
porcentual es 25 y 35 respectivamente Ademaacutes en el
ciclo de conduccioacuten HWFET presenta una tendencia negativa
es decir existe un aumento de combustible cuya diferencia
porcentual es 65 [9]
En la ciudad de Quito se desarrollaron ciclos de conduccioacuten
para evaluar el rendimiento de combustible tanto en ciudad
como en carretera los resultados obtenidos fueron que el
consumo en ciudad es 11287 L100km y en carretera 7524
L100km Ademaacutes realizaron una comparacioacuten del rendimiento
de combustible implementando los ciclos de conduccioacuten
desarrollados cuya diferencia porcentual fue 36 mayor a los
datos proporcionados por el fabricante [10]
En Ecuador en la ciudad de Cuenca se determinoacute el
consumo de combustible de vehiacuteculos categoriacutea M1 para ello
se tomoacute como base la norma SAE J13212012 Fuel
Comsumption Test Procedure donde se utiliza meacutetodos de
recoleccioacuten de datos y anaacutelisis estadiacutestico para medir el
consumo Por otra parte realiza pruebas en dinamoacutemetro de
chasis con ciclos de conduccioacuten locales [11]
En el Ecuador no existe una base de datos de consumo de
combustible de los vehiacuteculos que maacutes circulan en el paiacutes Si
bien algunos fabricantes de vehiacuteculos brindan esta informacioacuten
no se sabe con exactitud si estos datos se ajustan a las
condiciones en las que los vehiacuteculos operan en la localidad
ciudades en la sierra entre 2000 y 3000msnm topografiacutea de las
viacuteas con altas pendientes y combustible con un octanaje inferior
al que el fabricante recomienda
Por todo lo expuesto anteriormente el propoacutesito de este
trabajo es alimentar a una base de datos con el consumo de
combustible de los vehiacuteculos que circulan en la ciudad de
Cuenca con base en los ciclos de conduccioacuten EPA FTP75 y
EPA HWFET en dinamoacutemetro de chasis Esta informacioacuten se
podriacutea utilizar en futuros estudios de mitigacioacuten sobre el
impacto que generan los vehiacuteculos al medio ambiente
MATERIALES Y MEacuteTODOS
Para la determinacioacuten del consumo de combustible este
estudio toma como referencia la norma ISO 10521 la cual
consta de dos partes ISO 10521 (1) describe el meacutetodo para
obtener los coeficientes de carga A B y C bajo condiciones
atmosfeacutericas de referencia en carretera y la ISO 10521 (2)
reproduccioacuten de carga en el dinamoacutemetro de chasis
Estos coeficientes de carga describen la fuerza total A
(inercia) B (friccioacuten) y C (arrastre) que actuacutean sobre un
vehiacuteculo las cuales generan la carga en los rodillos del banco
dinamomeacutetrico simulando las condiciones de carretera
Este estudio abarca el anaacutelisis del consumo de combustible
de dos vehiacuteculos de prueba los cuales fueron denominados
como Vehiacuteculo X Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y
Vehiacuteculo Y Kia Picanto 11L 2006
En la Tabla 1 se aprecia las caracteriacutesticas de cada vehiacuteculo de
prueba
Tabla 1 Caracteriacutesticas teacutecnicas de los vehiacuteculos
Vehiacuteculo
Caracteriacutesticas Vehiacuteculo X Vehiacuteculo Y
Antildeo 2011 2006
Cilindrada 1600 cm3
1100 cm3
Transmisioacuten Manual Manual
Torquerpm 147 kg-m a 3600
rpm
98 kg-m a 2800
rpm
Potenciarpm 103hp a 6000rpm 64hp 5500 rpm
Combustible Gasolina Gasolina
Peso bruto
vehicular 1535 Kg
1350 kg
Peso en vaciacuteo 1125 Kg 966 kg
A Caacutelculo de los coeficientes de carga
1) Prueba coastdown carretera
Las pruebas se realizan bajo la norma ISO 10521 (1) donde
se efectuacutean pruebas de desaceleracioacuten libre (coastdown) para
esto el vehiacuteculo debe llegar a una velocidad de 100 kmh y
dejar que el vehiacuteculo se detenga por la resistencia a la rodadura
y por accioacuten del aire para esto se debe colocar la caja de
cambios en posicioacuten neutral
3
Las pruebas coastdown se llevaron a cabo en la provincia
del Azuay ciudad Cuenca parroquia Cumbe en la carretera
panamericana 35 Esta encuentra ubicada a 2639 msnm una
distancia total de 2 km aproximadamente y posee una
inclinacioacuten maacutexima de 24
A continuacioacuten se detallan algunos requisitos para realizar
las pruebas coastdown
- El vehiacuteculo debe estar en condiciones normales seguacuten
lo especificado por el fabricante es decir presioacuten de
los neumaacuteticos alineacioacuten de las ruedas altura del
vehiacuteculo lubricantes en el tren motriz y el ajuste de
los frenos para evitar la resistencia paraacutesita no
deseada
- Antes de la prueba el vehiacuteculo debe pre acondicionarse
adecuadamente para alcanzar la temperatura oacuteptima
de funcionamiento se recomienda conducir el
vehiacuteculo durante un periacuteodo de 30 minutos
- Durante la prueba de carretera cualquier cubierta del
sistema de ventilacioacuten de aire faros etc deberaacute estar
cerrada y el aire acondicionado apagado
- El movimiento del volante se debe evitar tanto como
sea posible y el vehiacuteculo no se operaraacute hasta el final
de la desaceleracioacuten
- Repetir la prueba teniendo cuidado de comenzar la
desaceleracioacuten a la misma velocidad y condiciones
previas
- Realizar el test de desaceleracioacuten libre en ambas
direcciones para eliminar la pendiente
- Si durante un test en una direccioacuten el conductor se ve
obligado a cambiar bruscamente la direccioacuten del
vehiacuteculo esta medicioacuten y la medida emparejada en la
direccioacuten opuesta seraacuten rechazadas
Para la obtencioacuten de los datos de velocidad y tiempo los
vehiacuteculos son instrumentados con un sistema de
posicionamiento global (GPS VBOX SPORT) con frecuencia
de 20Hz En la Figura 1 se aprecia la curva caracteriacutestica de la
prueba de desaceleracioacuten libre en donde disminuye la
velocidad en funcioacuten del tiempo
Figura 1 Test de desaceleracioacuten libre
Es necesario calcular la fuerza requerida en rueda para ello
se utiliza la ecuacioacuten 1
Ft= ((m + m r) 36) x 2 ∆V∆t (1)
En donde
m es la masa del vehiacuteculo de prueba incluidos el conductor y
los instrumentos en kilogramos (kg)
mr se puede estimar como el 3 de la masa del vehiacuteculo sin
carga
A partir de la Ecuacioacuten 1 se obtiene un valor de fuerza
respecto a cada valor de velocidad generando un diagrama
fuerza-velocidad se obtiene lo coeficientes de carga mediante
el meacutetodo de regresioacuten polinomial de segundo grado donde
obtendraacute
F= At+BtV+CtV2
(2)
At = [N]
Bt= [N (kmh)]
Ct = [N (kmh) 2]
En donde At Bt y Ct son los coeficientes de carga en
carretera ecuacioacuten 2
Definidos los coeficientes de carga en carretera es necesario
aplicar los factores de correccioacuten de acuerdo a la norma ISO
10521 (2) para esto se aplicaraacuten las ecuaciones 3 4 y 5
Ad = 05 x At [3]
Bd = 02 x Bt [4]
Cd = Ct [5]
En donde Ad Bd y Cd son los coeficientes de carga inicial
del rodillo del dinamoacutemetro de chasis
Previo a realizar las pruebas coastdown en el dinamoacutemetro
de chasis es necesario ingresar estos coeficientes que se
utilizaraacuten como configuracioacuten de carga inicial del rodillo
2) Pruebas coastdown en el dinamoacutemetro de chasis
El dinamoacutemetro de chasis utilizado para el test de
aceleracioacuten libre se puede observar en la Figura 2 El cual
posee un rodillo de 30rdquo de diaacutemetro capacidad para soportar
una velocidad maacutexima de 362 kmh una potencia maacutexima de
absorcioacuten de 1200 Hp y soporta un peso maacuteximo de 3629 kg
4
Figura 2 Dinamoacutemetro de chasis
Las pruebas se realizan bajo la norma ISO 10521 (1) donde
se efectuacutean pruebas de desaceleracioacuten libre para esto el
vehiacuteculo debe llegar a una velocidad de 100 kmh y dejar que
el vehiacuteculo se detenga por la carga generada en el rodillo Para
esto se debe colocar la caja de cambios en posicioacuten neutral
Para la obtencioacuten de los datos de velocidad y tiempo se
utiliza el software del banco dinamomeacutetrico el cual entrega
datos a 1Hz de frecuencia
Por otra parte es necesario calcular la fuerza requerida en
rueda para ello se utiliza la ecuacioacuten 6
Ft= ((m d + mrsquor) 36) x 2 ∆V∆t (6)
En donde
md es la masa de inercia equivalente del dinamoacutemetro del
chasis en kilogramos (kg)
mrsquor es la masa efectiva equivalente de las ruedas motrices y
componentes del vehiacuteculo que giran con las ruedas durante la
desaceleracioacuten en el dinamoacutemetro en kilogramos (kg) Se
puede estimar como el 15 de la masa del vehiacuteculo sin carga
De la misma manera con la ecuacioacuten 6 se obtiene un valor
de fuerza respecto a cada valor de velocidad generando un
diagrama fuerza-velocidad se obtiene los coeficientes de carga
mediante el meacutetodo de regresioacuten polinomial de segundo grado
donde obtendra
Fs= As+BsV+CsV2
(7)
As = [N]
Bs = [N (kmh)]
Cs = [N (kmh) 2 ]
En donde As Bs y Cs son los coeficientes de carga del
dinamoacutemetro de chasis ecuacioacuten 7
Para obtener los coeficientes finales de carga A B y C la
norma ISO 10521 (2) establece las ecuaciones 8 9 y 10
A = At + Ad ndash As [8]
B = Bt + Bd ndash Bs [9]
C = Ct + Cd ndash Cs [10]
Las siglas s t y d hacen referencia a simulate target y
dynamometer respectivamente
Estos seraacuten introducidos en el dinamoacutemetro de chasis para
realizar las pruebas de consumo de combustible
B Medicioacuten del consumo de combustible en dinamoacutemetro
de chasis
El procedimiento para la medicioacuten del consumo de
combustible es seguir las trayectorias de los ciclos de
conduccioacuten que se cargan en el dinamoacutemetro de chasis
considerando las condiciones de la localidad de Cuenca Para
esto se utilizan dos ciclos de conduccioacuten el FTP75 y el
HWFET
El FTP75 posee una distancia total 1104 millas (1777 km)
una velocidad media de 212 mph (3412 kmh) velocidad
maacutexima de 567 mph (9126 kmh) y una duracioacuten de 1874
segundos (Figura 3)
Figura 3 Prueba de laboratorio (Ciclo de conduccioacuten FTP75)
El HWFET posee una distancia total de 1026 millas (1645
km) una velocidad media de 483 mph (777 kmh) velocidad
maacutexima de 599 mph (964 kmh) y una duracioacuten de 765
segundos (Figura 4)
Figura 4 Prueba de laboratorio (ciclo de conduccioacuten HWFET)
Para obtener los datos del consumo de combustibles se
utilizan los siguientes equipos
5
1) Flujoacutemetro KVM 2012
Para esta medicioacuten se cuenta con un medidor de flujo de
combustible KVM 2012 con rango de operacioacuten de 20 a
100degC un rango de presioacuten de -1 a 16bar y capacidad para
medir un flujo de 15 a 500 Lh Este equipo se lo conecta
directamente en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
generando asiacute datos de consumo de combustible en tiempo real
2) Interface OBD II ELM327
Para esta medicioacuten se cuenta con un sistema de adquisicioacuten
de datos del motor a traveacutes del puerto de conexioacuten OBDII con
este equipo se puede estimar el consumo de combustible
mediante la relacioacuten de variables fiacutesicas como presioacuten en el
muacuteltiple de admisioacuten o flujo de aire de admisioacuten reacutegimen de
giro del motor temperatura del aire proporcioacuten de mezcla aire-
combustible etc
En la Figura 5 se puede observar en resumen la metodologiacutea
a seguir para la determinacioacuten del consumo de combustible
RESULTADOS
A partir de la regresioacuten polinomial de segundo grado se
obtuvieron tanto los coeficientes de carga en carretera como en
el dinamoacutemetro de chasis En la Figura 6 se aprecia la regresioacuten
polinomial donde se puede observar que a mayor velocidad
mayor seraacute la fuerza que se opone al movimiento del vehiacuteculo
Figura 6 Obtencioacuten de coeficientes de carga mediante
regresioacuten polinomial de segundo grado
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en carretera se describen en la tabla 2
Tabla 2 Coeficientes de carga en carretera
Vehiacuteculo X
At 435465 plusmn 27616 [N]
Bt 3109 plusmn 2821 [N(kmh)]
Ct
0038 plusmn 0029 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
At 380285 plusmn 161659 [N]
Bt 3350 plusmn 1809 [N(kmh)]
Ct 0024 plusmn 0015 [N(kmh)2]
Para este anaacutelisis no se consideraron los coeficientes de carga
inicial del rodillo Es decir Ad Bd Cd con valores de cero
Por lo que la ecuacioacuten final para determinar los coeficientes
A B y C es
A = At - As [11]
B = Bt - Bs [12]
C = Ct - Cs [13]
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en el dinamoacutemetro de chasis se describen en la
Tabla 3
Figura 5 Metodologiacutea consumo de combustible
6
Tabla 3 Coeficientes de carga en dinamoacutemetro de chasis
Vehiacuteculo X
As 235251 plusmn 10771 [N]
Bs 2663 plusmn 0443 [N(kmh)]
Cs -0006 plusmn 0004 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
As 177984 plusmn 7771 [N]
Bs 3283 plusmn 0677 [N(kmh)]
Cs -0014 plusmn 0005 [N(kmh)2]
Los coeficientes finales obtenidos se pueden observar en la
Tabla 4 Para lo cual se utilizaron las Ecuaciones 11 12 y 13
Tabla 4 Coeficientes de carga finales
Vehiacuteculo X
A 200214 [N]
B 0475 [N(kmh)]
C
0044 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
A 202300 [N]
B 0067 [N(kmh)]
C 0039 [N(kmh)2]
Se determinoacute el consumo de combustible de los vehiacuteculos
seleccionados siguiendo los ciclos de conduccioacuten HWFET Y
FTP75 Para esto se instrumentoacute a los vehiacuteculos con los
equipos mencionados anteriormente que son flujoacutemetro e
Interface OBDII ELM327
A Consumo de combustible del vehiacuteculo X
En la Tabla 5 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con cada equipo de medicioacuten
Tabla 5 Consumo de combustible vehiacuteculo X
VEHIacuteCULO X
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 6644plusmn005 7765plusmn00
7
[L100km]
FTP75 8377plusmn120 9944plusmn11
8
[L100km]
Como se puede observar en la Figura 7 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET es 169 menor al brindado por el ELM
327 Asiacute mismo el consumo en el ciclo de conduccioacuten FTP75
proporcionado por el flujometro es 18 menor al calculado por
el OBD II ELM327
Esta diferencia se debe a que el OBDII realiza un caacutelculo
considerando variables fiacutesicas del motor mencionadas
anteriormente Y el flujoacutemetro mide de manera fiacutesica el
consumo de combustible ya que este se conecta directamente
en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
Figura 7 Consumo de combustible del vehiacuteculo X
Por otra parte la Figura 8 muestra una comparacioacuten del
consumo de combustible entre los datos obtenidos por el
flujoacutemetro y los del fabricante
Figura 8 Comparacioacuten Consumo de combustible
7
Como se puede observar en la Figura 8 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo HWFET es
25 mayor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo FTP75 es 5 menor a los datos
del fabricante
Esta diferencia se debe a las condiciones a las cuales fueron
realizadas las pruebas Ya que no existe informacioacuten de la
metodologiacutea implementada por el fabricante
B Consumo de combustible vehiacuteculo Y
En la Tabla 6 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con los equipos de medicioacuten del vehiacuteculo Y
Tabla 6 Consumo de combustible del Vehiacuteculo Y
VEHIacuteCULO Y
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 609plusmn013
713plusmn03
3
[L100km]
FTP75 645plusmn010 790plusmn02
4
L100 km]
El consumo de combustible obtenido por el flujoacutemetro en el
ciclo de conduccioacuten HWFET es 17 menor al calculado por
el ELM327 Asiacute mismo la Figura 9 muestra que el consumo
proporcionado por el flujoacutemetro en el ciclo de conduccioacuten
FTP75 es 224 menor al brindado por el ELM 327
Figura 9 Consumo de combustible del vehiacuteculo Y
Como se puede observar en la Figura 10 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo FTP75 es
067 menor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo HWFET es 27 mayor a los
datos del fabricante
Figura 10 Comparacioacuten consumo de combustible
Si se considera el KVR (indicador de kiloacutemetros recorridos)
local que es 3604 kmdiacutea [12] se estima que el consumo de
combustible del vehiacuteculo X es 873 4 Lantildeo y del vehiacuteculo Y es
82223 Lantildeo
Como se puede observar en la Figura 11 el consumo de
combustible anual del vehiacuteculo X es 58 mayor al vehiacuteculo
Y Esto se debe a las caracteriacutesticas teacutecnicas de cada vehiacuteculo
ya que el vehiacuteculo X presente mayor cilindrada
Figura 11 Consumo de combustible anual
CONCLUSIONES
Para la estimacioacuten de consumo de combustible se utilizan
ciclos de conduccioacuten que representan la forma tiacutepica de
conduccioacuten en ciudad y carretera Las mediciones se llevaron a
cabo en dinamoacutemetro de chasis siguiendo ciclos de conduccioacuten
establecidos por la EPA el FTP75 y HWFET siendo estos los
maacutes representativos a nivel mundial
8
Al seguir la metodologiacutea de la norma ISO 10521 se
obtuvieron los coeficientes de carga de configuracioacuten del
dinamoacutemetro de chasis Los coeficientes para el vehiacuteculo X
son A=200214 [N] B=0475 [N(kmh)] y C= 0044
[N(kmh) 2] para el vehiacuteculo X son A=202300 [N]
B=0067[N(kmh)] y C igual a 0039 [N(kmh)2]
Para determinar el consumo de combustible se utilizaron dos
dispositivos flujoacutemetro e interfaz OBII siguiendo los ciclos de
conduccioacuten FTP75 y HWFET mediante un dinamoacutemetro de
chasis Se realizoacute un total de 20 pruebas en cada vehiacuteculo los
resultados obtenidos fueron Vehiacuteculo X flujoacutemetro 664
L100km y con ELM327 7765 L100km en el ciclo de
conduccioacuten HWFET De la misma manera para el ciclo de
conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 8377 L100km y con ELM327
9944 L100km En cuanto al vehiacuteculo Y los resultados
obtenidos fueron flujometro 609 L100km y con ELM327
713 L100km en el ciclo de conduccioacuten HWFET asiacute mismo
para el ciclo de conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 645 L100km y
con ELM327 790 L100km
Por otra parte se presenta una comparacioacuten entre dos
dispositivos de adquisicioacuten de flujo de combustible
(flujometro interfaz OBII) dando una diferencia porcentual
para el ciclo FTP75 de 1575 y para el HWFET de 1443
estas diferencias mayores se presentan en el vehiacuteculo X con la
interfaz OBII respecto al flujoacutemetro Asiacute mismo se presentan
diferencias porcentuales mayores para el ciclo de FTP75 de
1835 y para HWFET 1458 debido a que el primer
dispositivo (flujoacutemetro) brinda una medida fiacutesica mientras que
el segundo dispositivo (lector OBII) brinda una estimacioacuten de
flujo tomando en cuenta datos monitoreados por los sensores
Al comparar el consumo de combustible obtenido por los
dos sistemas de medicioacuten se obtuvo que para el vehiacuteculo X el
OBDII presenta un 317 mayor de consumo de combustible
en relacioacuten al del fabricante y un 144 mayor al obtenido por
el flujoacutemetro en el ciclo HWFET y para el ciclo FTP75 existe
una diferencia de 1046 mayor al del fabricante y 1579
mayor al obtenido por el flujoacutemetro (Figura 12)
Figura 12 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo X
En cuanto al vehiacuteculo Y el consumo de combustible
obtenido por el OBD II es 3828 mayor al del fabricante y
145 mayor al obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET y para el ciclo FTP75 hay una diferencia
de 1835 mayor al del fabricante y 177 mayor al obtenido
por el flujoacutemetro (Figura 13)
Figura 13 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo Y
Finalmente estos valores de consumo de combustible
contribuiraacuten a una base de datos que permitiraacute tener una
referencia del consumo de los vehiacuteculos que circulan en la
ciudad considerando las condiciones de la localidad de
Cuenca
Esta determinacioacuten de combustible puede ser utilizada como
una herramienta que ayude en la toma de decisiones para
instituciones encargadas del control del traacutensito vehicular
planteamiento de futuros estudios ambientales o nuevas
revaloraciones de los impuestos de circulacioacuten del vehiacuteculo en
la ciudad entre otras utilidades que se puedan dar
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Ciclo Otto En El Distrito Metropolitano De Quitordquo
Esc Politeacutecnica Nac p 163 2015
[11] B A Loyola E Sandoval and J Galvez ldquoAnaacutelisis de
consumo de combustible de los vehiacuteculos de categoriacutea
M1 que circulan en el Centro Histoacuterico de la ciudad de
Cuenca en horas de maacutexima demanda en funcioacuten de los
ciclos de conduccioacutenrdquo p 62 2016
[12] D Sarango and P Moncayo ldquoDeterminacioacuten del
indicador kiloacutemetros-vehiacuteculo recorrido (KVR) para la
ciudad de Cuencardquo p 94 2016
viii
Trabajo de Titulacioacuten
Jhordan Erraez Jumbo
Jonathan Fajardo Reyes
Septiembre 2018
Determinacioacuten del consumo de combustible de
vehiacuteculos en base a los ciclos de conduccioacuten EPA
FTP75 Y EPA HWFET en dinamoacutemetro de
chasis
Caso de estudio Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y Kia Picanto 11L 2006
INTRODUCCIOacuteN
En el Ecuador no existe una base de datos de consumo de combustible de los vehiacuteculos que
circulan en el medio Si bien algunos fabricantes de vehiacuteculos brindan esta informacioacuten no se
sabe con exactitud si estos datos se ajustan a las condiciones en las que los vehiacuteculos operan
ciudades en la sierra entre 2000 y 3000 msnm topografiacuteas de las viacuteas con altas pendientes y
combustible con un octanaje inferior al que el fabricante recomienda El propoacutesito de este
trabajo es alimentar a una base de datos con el consumo de combustible de los vehiacuteculos que
circulan en la localidad en base a los ciclos de conduccioacuten EPA FTP75 y EPA HWFET en
dinamoacutemetro de chasis
1
Resumen El presente trabajo propone determinar el consumo
de combustible en dos de los vehiacuteculos maacutes comercializados en
la ciudad de Cuenca (Chevrolet Aveo Activo 2011 y Kia
Picanto 2006) Para ello se utilizoacute un dinamoacutemetro de chasis y
ciclos de conduccioacuten establecidos por la EPA (FTP75 y
HWFET) Se definieron los coeficientes de carga A (inercia) B
(friccioacuten) y C (arrastre) que actuacutean sobre un vehiacuteculo
simulando las condiciones de carretera Para esto se realizan
pruebas coastdown en carretera y en el dinamoacutemetro bajo la
norma ISO 10521 Para determinar el consumo se utilizoacute un
medidor de flujo de combustible y una Interface OBDII Los
resultados para el ciclo urbano y extra urbano fueron de 8377
L100km y 6644 L100km para el Chevrolet Aveo Activo y
de 645 L100km y 609 L100km para el Kia Picanto
Palabras claves coastdown dinamoacutemetro de chasis consumo
de combustible ciclos de conduccioacuten ISO 10521 EPA
HWFET EPA FTP75
Abstract This work aims to determine the fuel consumption in
two of the most commercialized vehicles in Cuenca (2011
Chevrolet Aveo Activo and 2006 Kia Picanto) Driving cycles
established by the EPA (FTP75 and HWFET) and a chassis
dynamometer were used The load coefficients A (inertia) B
(friction) and C (drag) that operate on the vehicle were defined
to simulate road conditions Coastdown tests were performed
on the road and on the dvnamometer under ISO 10521 A fuel
flow meter and an OBDII Interface were used to determine the
consumption The results for the urban and extra urban cycle
were 8377 L100km and 6644 L100km for the Chevrolet
Aveo Activo and of 645 L100km and 609 L100km for the
Kia Picanto
Keywords coastdown chassis dynamometer fuel
consumption driving cycles ISO 10521 EPA HWFET EPA
FTP75
INTRODUCCIOacuteN
La Organizacioacuten Mundial de la Salud certificoacute que el 98
de las ciudades de los paiacuteses en desarrollo con maacutes de 100000
habitantes no cumplen con los estaacutendares de calidad del aire
[1] Asiacute mismo un informe de la Agencia de Proteccioacuten
Ambiental de los Estados Unidos estimoacute que el 33 de
emisiones CO2 en el 2011 fueron del sector del transporte de
las cuales el 63 son provenientes del transporte por carretera
[2] Por otra parte en el 2011 el 59 de la produccioacuten total de
petroacuteleo se utilizoacute para el transporte y se estima que para el
2040 ascienda a 63 lo que representariacutea un consumo diario
de 70 mb [3] Por lo tanto los fabricantes de automoacuteviles estaacuten
bajo presioacuten para proporcionar vehiacuteculos maacutes respetuosos con
el medio ambiente y maacutes eficientes en cuanto al consumo de
combustible [4]
En Ecuador el balance de energiacutea calculado cada antildeo por el
Ministerio Coordinador de Sectores Estrateacutegicos (MICSE)
muestra que el sector del transporte es el mayor consumidor de
combustible en el paiacutes En el antildeo 2015 el consumo total de
combustible del paiacutes fue de aproximadamente 437 millones de
Barriles de Petroacuteleo (BEP) donde los combustibles maacutes
demandados fueron dieacutesel gasolina convencional y premium
kerosene y buacutenker El transporte por carretera es el maacutes
significativo en teacuterminos de consumo de energiacutea ya que
demanda maacutes del 87 de las necesidades totales en el sector
[5]
Hay varias metodologiacuteas para determinar el consumo de
combustible La seleccioacuten de un meacutetodo adecuado depende
generalmente de la instrumentacioacuten que se implemente La
Unioacuten Europea mediante el IDEA (Instituto para la
diversificacioacuten y ahorro de la energiacutea) y la VCA (Agencia de
Determinacioacuten del consumo de combustible de
vehiacuteculos en base a los ciclos de conduccioacuten
EPA FTP75 Y EPA HWFET en dinamoacutemetro
de chasis
Caso de estudio Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y Kia Picanto 11L 2006
Jhordan Erraez Jumbo Jonathan Fajardo Reyes Mateo Coello Salcedo Andreacutes Loacutepez Hidalgo Daniel Cordero Moreno Facultad de Ciencia y Facultad de Ciencia y Centro de Investigacioacuten y Centro de investigacioacuten Centro de Investigacioacuten y
Tecnologiacutea Ingenieriacutea en Tecnologiacutea Ingenieriacutea en Desarrollo en Ingenieriacutea Desarrollo en Ingenieriacutea Desarrollo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Automotriz Mecaacutenica Automotriz Automotriz (ERGON) Automotriz (ERGON) Automotriz (ERGON) Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay
Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador jxerraezgmailcom 24jonathan1992gmail mfcoellouazuayeduec alopezhuazuayeduec dacorderomuazuay
com eduec
2
certificacioacuten de vehiacuteculos) utiliza un dinamoacutemetro de chasis
donde el conductor sigue rutas estaacutendar denominados ciclos de
conduccioacuten que son curvas de velocidad-tiempo y representan
patrones de manejo tiacutepico de una ciudad o regioacuten El IDEA y la
VCA utiliza un ciclo de conduccioacuten el NEDC (Nuevo ciclo de
conduccioacuten europeo) [6]
Por otro lado la EPA (Agencia de proteccioacuten ambiental de
los Estados Unidos) posee una base de datos con el consumo
de combustible de diversos vehiacuteculos para esto utiliza 2 ciclos
de conduccioacuten el FTP75 (Procedimiento de prueba federal) y
el HWFET (Prueba de economiacutea de combustible en carretera)
[7] Estos valores de consumo de combustible se obtienen en
condiciones de pruebas especiacuteficas y por lo tanto no
necesariamente se logran en condiciones de conduccioacuten de la
vida real Una variedad de factores puede influir en el consumo
real de combustible por ejemplo el estilo de conduccioacuten y el
comportamiento asiacute como el entorno y las condiciones bajo las
cuales se opera el vehiacuteculo [8]
En Grecia en la ciudad de Patra en su estudio denominado
Impacto de la altitud en el consumo de combustible de un
automoacutevil a gasolina se determinoacute el consumo de combustible
en dos diferentes altitudes 700 y 2200 msnm implementando
tres ciclos conduccioacuten estandarizados el autor concluye que
existe una disminucioacuten de consumo de combustible en la altura
con los ciclos de conduccioacuten FTP75 y NEDC cuya diferencia
porcentual es 25 y 35 respectivamente Ademaacutes en el
ciclo de conduccioacuten HWFET presenta una tendencia negativa
es decir existe un aumento de combustible cuya diferencia
porcentual es 65 [9]
En la ciudad de Quito se desarrollaron ciclos de conduccioacuten
para evaluar el rendimiento de combustible tanto en ciudad
como en carretera los resultados obtenidos fueron que el
consumo en ciudad es 11287 L100km y en carretera 7524
L100km Ademaacutes realizaron una comparacioacuten del rendimiento
de combustible implementando los ciclos de conduccioacuten
desarrollados cuya diferencia porcentual fue 36 mayor a los
datos proporcionados por el fabricante [10]
En Ecuador en la ciudad de Cuenca se determinoacute el
consumo de combustible de vehiacuteculos categoriacutea M1 para ello
se tomoacute como base la norma SAE J13212012 Fuel
Comsumption Test Procedure donde se utiliza meacutetodos de
recoleccioacuten de datos y anaacutelisis estadiacutestico para medir el
consumo Por otra parte realiza pruebas en dinamoacutemetro de
chasis con ciclos de conduccioacuten locales [11]
En el Ecuador no existe una base de datos de consumo de
combustible de los vehiacuteculos que maacutes circulan en el paiacutes Si
bien algunos fabricantes de vehiacuteculos brindan esta informacioacuten
no se sabe con exactitud si estos datos se ajustan a las
condiciones en las que los vehiacuteculos operan en la localidad
ciudades en la sierra entre 2000 y 3000msnm topografiacutea de las
viacuteas con altas pendientes y combustible con un octanaje inferior
al que el fabricante recomienda
Por todo lo expuesto anteriormente el propoacutesito de este
trabajo es alimentar a una base de datos con el consumo de
combustible de los vehiacuteculos que circulan en la ciudad de
Cuenca con base en los ciclos de conduccioacuten EPA FTP75 y
EPA HWFET en dinamoacutemetro de chasis Esta informacioacuten se
podriacutea utilizar en futuros estudios de mitigacioacuten sobre el
impacto que generan los vehiacuteculos al medio ambiente
MATERIALES Y MEacuteTODOS
Para la determinacioacuten del consumo de combustible este
estudio toma como referencia la norma ISO 10521 la cual
consta de dos partes ISO 10521 (1) describe el meacutetodo para
obtener los coeficientes de carga A B y C bajo condiciones
atmosfeacutericas de referencia en carretera y la ISO 10521 (2)
reproduccioacuten de carga en el dinamoacutemetro de chasis
Estos coeficientes de carga describen la fuerza total A
(inercia) B (friccioacuten) y C (arrastre) que actuacutean sobre un
vehiacuteculo las cuales generan la carga en los rodillos del banco
dinamomeacutetrico simulando las condiciones de carretera
Este estudio abarca el anaacutelisis del consumo de combustible
de dos vehiacuteculos de prueba los cuales fueron denominados
como Vehiacuteculo X Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y
Vehiacuteculo Y Kia Picanto 11L 2006
En la Tabla 1 se aprecia las caracteriacutesticas de cada vehiacuteculo de
prueba
Tabla 1 Caracteriacutesticas teacutecnicas de los vehiacuteculos
Vehiacuteculo
Caracteriacutesticas Vehiacuteculo X Vehiacuteculo Y
Antildeo 2011 2006
Cilindrada 1600 cm3
1100 cm3
Transmisioacuten Manual Manual
Torquerpm 147 kg-m a 3600
rpm
98 kg-m a 2800
rpm
Potenciarpm 103hp a 6000rpm 64hp 5500 rpm
Combustible Gasolina Gasolina
Peso bruto
vehicular 1535 Kg
1350 kg
Peso en vaciacuteo 1125 Kg 966 kg
A Caacutelculo de los coeficientes de carga
1) Prueba coastdown carretera
Las pruebas se realizan bajo la norma ISO 10521 (1) donde
se efectuacutean pruebas de desaceleracioacuten libre (coastdown) para
esto el vehiacuteculo debe llegar a una velocidad de 100 kmh y
dejar que el vehiacuteculo se detenga por la resistencia a la rodadura
y por accioacuten del aire para esto se debe colocar la caja de
cambios en posicioacuten neutral
3
Las pruebas coastdown se llevaron a cabo en la provincia
del Azuay ciudad Cuenca parroquia Cumbe en la carretera
panamericana 35 Esta encuentra ubicada a 2639 msnm una
distancia total de 2 km aproximadamente y posee una
inclinacioacuten maacutexima de 24
A continuacioacuten se detallan algunos requisitos para realizar
las pruebas coastdown
- El vehiacuteculo debe estar en condiciones normales seguacuten
lo especificado por el fabricante es decir presioacuten de
los neumaacuteticos alineacioacuten de las ruedas altura del
vehiacuteculo lubricantes en el tren motriz y el ajuste de
los frenos para evitar la resistencia paraacutesita no
deseada
- Antes de la prueba el vehiacuteculo debe pre acondicionarse
adecuadamente para alcanzar la temperatura oacuteptima
de funcionamiento se recomienda conducir el
vehiacuteculo durante un periacuteodo de 30 minutos
- Durante la prueba de carretera cualquier cubierta del
sistema de ventilacioacuten de aire faros etc deberaacute estar
cerrada y el aire acondicionado apagado
- El movimiento del volante se debe evitar tanto como
sea posible y el vehiacuteculo no se operaraacute hasta el final
de la desaceleracioacuten
- Repetir la prueba teniendo cuidado de comenzar la
desaceleracioacuten a la misma velocidad y condiciones
previas
- Realizar el test de desaceleracioacuten libre en ambas
direcciones para eliminar la pendiente
- Si durante un test en una direccioacuten el conductor se ve
obligado a cambiar bruscamente la direccioacuten del
vehiacuteculo esta medicioacuten y la medida emparejada en la
direccioacuten opuesta seraacuten rechazadas
Para la obtencioacuten de los datos de velocidad y tiempo los
vehiacuteculos son instrumentados con un sistema de
posicionamiento global (GPS VBOX SPORT) con frecuencia
de 20Hz En la Figura 1 se aprecia la curva caracteriacutestica de la
prueba de desaceleracioacuten libre en donde disminuye la
velocidad en funcioacuten del tiempo
Figura 1 Test de desaceleracioacuten libre
Es necesario calcular la fuerza requerida en rueda para ello
se utiliza la ecuacioacuten 1
Ft= ((m + m r) 36) x 2 ∆V∆t (1)
En donde
m es la masa del vehiacuteculo de prueba incluidos el conductor y
los instrumentos en kilogramos (kg)
mr se puede estimar como el 3 de la masa del vehiacuteculo sin
carga
A partir de la Ecuacioacuten 1 se obtiene un valor de fuerza
respecto a cada valor de velocidad generando un diagrama
fuerza-velocidad se obtiene lo coeficientes de carga mediante
el meacutetodo de regresioacuten polinomial de segundo grado donde
obtendraacute
F= At+BtV+CtV2
(2)
At = [N]
Bt= [N (kmh)]
Ct = [N (kmh) 2]
En donde At Bt y Ct son los coeficientes de carga en
carretera ecuacioacuten 2
Definidos los coeficientes de carga en carretera es necesario
aplicar los factores de correccioacuten de acuerdo a la norma ISO
10521 (2) para esto se aplicaraacuten las ecuaciones 3 4 y 5
Ad = 05 x At [3]
Bd = 02 x Bt [4]
Cd = Ct [5]
En donde Ad Bd y Cd son los coeficientes de carga inicial
del rodillo del dinamoacutemetro de chasis
Previo a realizar las pruebas coastdown en el dinamoacutemetro
de chasis es necesario ingresar estos coeficientes que se
utilizaraacuten como configuracioacuten de carga inicial del rodillo
2) Pruebas coastdown en el dinamoacutemetro de chasis
El dinamoacutemetro de chasis utilizado para el test de
aceleracioacuten libre se puede observar en la Figura 2 El cual
posee un rodillo de 30rdquo de diaacutemetro capacidad para soportar
una velocidad maacutexima de 362 kmh una potencia maacutexima de
absorcioacuten de 1200 Hp y soporta un peso maacuteximo de 3629 kg
4
Figura 2 Dinamoacutemetro de chasis
Las pruebas se realizan bajo la norma ISO 10521 (1) donde
se efectuacutean pruebas de desaceleracioacuten libre para esto el
vehiacuteculo debe llegar a una velocidad de 100 kmh y dejar que
el vehiacuteculo se detenga por la carga generada en el rodillo Para
esto se debe colocar la caja de cambios en posicioacuten neutral
Para la obtencioacuten de los datos de velocidad y tiempo se
utiliza el software del banco dinamomeacutetrico el cual entrega
datos a 1Hz de frecuencia
Por otra parte es necesario calcular la fuerza requerida en
rueda para ello se utiliza la ecuacioacuten 6
Ft= ((m d + mrsquor) 36) x 2 ∆V∆t (6)
En donde
md es la masa de inercia equivalente del dinamoacutemetro del
chasis en kilogramos (kg)
mrsquor es la masa efectiva equivalente de las ruedas motrices y
componentes del vehiacuteculo que giran con las ruedas durante la
desaceleracioacuten en el dinamoacutemetro en kilogramos (kg) Se
puede estimar como el 15 de la masa del vehiacuteculo sin carga
De la misma manera con la ecuacioacuten 6 se obtiene un valor
de fuerza respecto a cada valor de velocidad generando un
diagrama fuerza-velocidad se obtiene los coeficientes de carga
mediante el meacutetodo de regresioacuten polinomial de segundo grado
donde obtendra
Fs= As+BsV+CsV2
(7)
As = [N]
Bs = [N (kmh)]
Cs = [N (kmh) 2 ]
En donde As Bs y Cs son los coeficientes de carga del
dinamoacutemetro de chasis ecuacioacuten 7
Para obtener los coeficientes finales de carga A B y C la
norma ISO 10521 (2) establece las ecuaciones 8 9 y 10
A = At + Ad ndash As [8]
B = Bt + Bd ndash Bs [9]
C = Ct + Cd ndash Cs [10]
Las siglas s t y d hacen referencia a simulate target y
dynamometer respectivamente
Estos seraacuten introducidos en el dinamoacutemetro de chasis para
realizar las pruebas de consumo de combustible
B Medicioacuten del consumo de combustible en dinamoacutemetro
de chasis
El procedimiento para la medicioacuten del consumo de
combustible es seguir las trayectorias de los ciclos de
conduccioacuten que se cargan en el dinamoacutemetro de chasis
considerando las condiciones de la localidad de Cuenca Para
esto se utilizan dos ciclos de conduccioacuten el FTP75 y el
HWFET
El FTP75 posee una distancia total 1104 millas (1777 km)
una velocidad media de 212 mph (3412 kmh) velocidad
maacutexima de 567 mph (9126 kmh) y una duracioacuten de 1874
segundos (Figura 3)
Figura 3 Prueba de laboratorio (Ciclo de conduccioacuten FTP75)
El HWFET posee una distancia total de 1026 millas (1645
km) una velocidad media de 483 mph (777 kmh) velocidad
maacutexima de 599 mph (964 kmh) y una duracioacuten de 765
segundos (Figura 4)
Figura 4 Prueba de laboratorio (ciclo de conduccioacuten HWFET)
Para obtener los datos del consumo de combustibles se
utilizan los siguientes equipos
5
1) Flujoacutemetro KVM 2012
Para esta medicioacuten se cuenta con un medidor de flujo de
combustible KVM 2012 con rango de operacioacuten de 20 a
100degC un rango de presioacuten de -1 a 16bar y capacidad para
medir un flujo de 15 a 500 Lh Este equipo se lo conecta
directamente en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
generando asiacute datos de consumo de combustible en tiempo real
2) Interface OBD II ELM327
Para esta medicioacuten se cuenta con un sistema de adquisicioacuten
de datos del motor a traveacutes del puerto de conexioacuten OBDII con
este equipo se puede estimar el consumo de combustible
mediante la relacioacuten de variables fiacutesicas como presioacuten en el
muacuteltiple de admisioacuten o flujo de aire de admisioacuten reacutegimen de
giro del motor temperatura del aire proporcioacuten de mezcla aire-
combustible etc
En la Figura 5 se puede observar en resumen la metodologiacutea
a seguir para la determinacioacuten del consumo de combustible
RESULTADOS
A partir de la regresioacuten polinomial de segundo grado se
obtuvieron tanto los coeficientes de carga en carretera como en
el dinamoacutemetro de chasis En la Figura 6 se aprecia la regresioacuten
polinomial donde se puede observar que a mayor velocidad
mayor seraacute la fuerza que se opone al movimiento del vehiacuteculo
Figura 6 Obtencioacuten de coeficientes de carga mediante
regresioacuten polinomial de segundo grado
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en carretera se describen en la tabla 2
Tabla 2 Coeficientes de carga en carretera
Vehiacuteculo X
At 435465 plusmn 27616 [N]
Bt 3109 plusmn 2821 [N(kmh)]
Ct
0038 plusmn 0029 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
At 380285 plusmn 161659 [N]
Bt 3350 plusmn 1809 [N(kmh)]
Ct 0024 plusmn 0015 [N(kmh)2]
Para este anaacutelisis no se consideraron los coeficientes de carga
inicial del rodillo Es decir Ad Bd Cd con valores de cero
Por lo que la ecuacioacuten final para determinar los coeficientes
A B y C es
A = At - As [11]
B = Bt - Bs [12]
C = Ct - Cs [13]
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en el dinamoacutemetro de chasis se describen en la
Tabla 3
Figura 5 Metodologiacutea consumo de combustible
6
Tabla 3 Coeficientes de carga en dinamoacutemetro de chasis
Vehiacuteculo X
As 235251 plusmn 10771 [N]
Bs 2663 plusmn 0443 [N(kmh)]
Cs -0006 plusmn 0004 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
As 177984 plusmn 7771 [N]
Bs 3283 plusmn 0677 [N(kmh)]
Cs -0014 plusmn 0005 [N(kmh)2]
Los coeficientes finales obtenidos se pueden observar en la
Tabla 4 Para lo cual se utilizaron las Ecuaciones 11 12 y 13
Tabla 4 Coeficientes de carga finales
Vehiacuteculo X
A 200214 [N]
B 0475 [N(kmh)]
C
0044 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
A 202300 [N]
B 0067 [N(kmh)]
C 0039 [N(kmh)2]
Se determinoacute el consumo de combustible de los vehiacuteculos
seleccionados siguiendo los ciclos de conduccioacuten HWFET Y
FTP75 Para esto se instrumentoacute a los vehiacuteculos con los
equipos mencionados anteriormente que son flujoacutemetro e
Interface OBDII ELM327
A Consumo de combustible del vehiacuteculo X
En la Tabla 5 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con cada equipo de medicioacuten
Tabla 5 Consumo de combustible vehiacuteculo X
VEHIacuteCULO X
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 6644plusmn005 7765plusmn00
7
[L100km]
FTP75 8377plusmn120 9944plusmn11
8
[L100km]
Como se puede observar en la Figura 7 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET es 169 menor al brindado por el ELM
327 Asiacute mismo el consumo en el ciclo de conduccioacuten FTP75
proporcionado por el flujometro es 18 menor al calculado por
el OBD II ELM327
Esta diferencia se debe a que el OBDII realiza un caacutelculo
considerando variables fiacutesicas del motor mencionadas
anteriormente Y el flujoacutemetro mide de manera fiacutesica el
consumo de combustible ya que este se conecta directamente
en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
Figura 7 Consumo de combustible del vehiacuteculo X
Por otra parte la Figura 8 muestra una comparacioacuten del
consumo de combustible entre los datos obtenidos por el
flujoacutemetro y los del fabricante
Figura 8 Comparacioacuten Consumo de combustible
7
Como se puede observar en la Figura 8 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo HWFET es
25 mayor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo FTP75 es 5 menor a los datos
del fabricante
Esta diferencia se debe a las condiciones a las cuales fueron
realizadas las pruebas Ya que no existe informacioacuten de la
metodologiacutea implementada por el fabricante
B Consumo de combustible vehiacuteculo Y
En la Tabla 6 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con los equipos de medicioacuten del vehiacuteculo Y
Tabla 6 Consumo de combustible del Vehiacuteculo Y
VEHIacuteCULO Y
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 609plusmn013
713plusmn03
3
[L100km]
FTP75 645plusmn010 790plusmn02
4
L100 km]
El consumo de combustible obtenido por el flujoacutemetro en el
ciclo de conduccioacuten HWFET es 17 menor al calculado por
el ELM327 Asiacute mismo la Figura 9 muestra que el consumo
proporcionado por el flujoacutemetro en el ciclo de conduccioacuten
FTP75 es 224 menor al brindado por el ELM 327
Figura 9 Consumo de combustible del vehiacuteculo Y
Como se puede observar en la Figura 10 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo FTP75 es
067 menor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo HWFET es 27 mayor a los
datos del fabricante
Figura 10 Comparacioacuten consumo de combustible
Si se considera el KVR (indicador de kiloacutemetros recorridos)
local que es 3604 kmdiacutea [12] se estima que el consumo de
combustible del vehiacuteculo X es 873 4 Lantildeo y del vehiacuteculo Y es
82223 Lantildeo
Como se puede observar en la Figura 11 el consumo de
combustible anual del vehiacuteculo X es 58 mayor al vehiacuteculo
Y Esto se debe a las caracteriacutesticas teacutecnicas de cada vehiacuteculo
ya que el vehiacuteculo X presente mayor cilindrada
Figura 11 Consumo de combustible anual
CONCLUSIONES
Para la estimacioacuten de consumo de combustible se utilizan
ciclos de conduccioacuten que representan la forma tiacutepica de
conduccioacuten en ciudad y carretera Las mediciones se llevaron a
cabo en dinamoacutemetro de chasis siguiendo ciclos de conduccioacuten
establecidos por la EPA el FTP75 y HWFET siendo estos los
maacutes representativos a nivel mundial
8
Al seguir la metodologiacutea de la norma ISO 10521 se
obtuvieron los coeficientes de carga de configuracioacuten del
dinamoacutemetro de chasis Los coeficientes para el vehiacuteculo X
son A=200214 [N] B=0475 [N(kmh)] y C= 0044
[N(kmh) 2] para el vehiacuteculo X son A=202300 [N]
B=0067[N(kmh)] y C igual a 0039 [N(kmh)2]
Para determinar el consumo de combustible se utilizaron dos
dispositivos flujoacutemetro e interfaz OBII siguiendo los ciclos de
conduccioacuten FTP75 y HWFET mediante un dinamoacutemetro de
chasis Se realizoacute un total de 20 pruebas en cada vehiacuteculo los
resultados obtenidos fueron Vehiacuteculo X flujoacutemetro 664
L100km y con ELM327 7765 L100km en el ciclo de
conduccioacuten HWFET De la misma manera para el ciclo de
conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 8377 L100km y con ELM327
9944 L100km En cuanto al vehiacuteculo Y los resultados
obtenidos fueron flujometro 609 L100km y con ELM327
713 L100km en el ciclo de conduccioacuten HWFET asiacute mismo
para el ciclo de conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 645 L100km y
con ELM327 790 L100km
Por otra parte se presenta una comparacioacuten entre dos
dispositivos de adquisicioacuten de flujo de combustible
(flujometro interfaz OBII) dando una diferencia porcentual
para el ciclo FTP75 de 1575 y para el HWFET de 1443
estas diferencias mayores se presentan en el vehiacuteculo X con la
interfaz OBII respecto al flujoacutemetro Asiacute mismo se presentan
diferencias porcentuales mayores para el ciclo de FTP75 de
1835 y para HWFET 1458 debido a que el primer
dispositivo (flujoacutemetro) brinda una medida fiacutesica mientras que
el segundo dispositivo (lector OBII) brinda una estimacioacuten de
flujo tomando en cuenta datos monitoreados por los sensores
Al comparar el consumo de combustible obtenido por los
dos sistemas de medicioacuten se obtuvo que para el vehiacuteculo X el
OBDII presenta un 317 mayor de consumo de combustible
en relacioacuten al del fabricante y un 144 mayor al obtenido por
el flujoacutemetro en el ciclo HWFET y para el ciclo FTP75 existe
una diferencia de 1046 mayor al del fabricante y 1579
mayor al obtenido por el flujoacutemetro (Figura 12)
Figura 12 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo X
En cuanto al vehiacuteculo Y el consumo de combustible
obtenido por el OBD II es 3828 mayor al del fabricante y
145 mayor al obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET y para el ciclo FTP75 hay una diferencia
de 1835 mayor al del fabricante y 177 mayor al obtenido
por el flujoacutemetro (Figura 13)
Figura 13 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo Y
Finalmente estos valores de consumo de combustible
contribuiraacuten a una base de datos que permitiraacute tener una
referencia del consumo de los vehiacuteculos que circulan en la
ciudad considerando las condiciones de la localidad de
Cuenca
Esta determinacioacuten de combustible puede ser utilizada como
una herramienta que ayude en la toma de decisiones para
instituciones encargadas del control del traacutensito vehicular
planteamiento de futuros estudios ambientales o nuevas
revaloraciones de los impuestos de circulacioacuten del vehiacuteculo en
la ciudad entre otras utilidades que se puedan dar
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Carretera Y Combinado Para Evaluar El Rendimiento
Real Del Combustible De Un Vehiacuteculo Con Motor De
Ciclo Otto En El Distrito Metropolitano De Quitordquo
Esc Politeacutecnica Nac p 163 2015
[11] B A Loyola E Sandoval and J Galvez ldquoAnaacutelisis de
consumo de combustible de los vehiacuteculos de categoriacutea
M1 que circulan en el Centro Histoacuterico de la ciudad de
Cuenca en horas de maacutexima demanda en funcioacuten de los
ciclos de conduccioacutenrdquo p 62 2016
[12] D Sarango and P Moncayo ldquoDeterminacioacuten del
indicador kiloacutemetros-vehiacuteculo recorrido (KVR) para la
ciudad de Cuencardquo p 94 2016
1
Resumen El presente trabajo propone determinar el consumo
de combustible en dos de los vehiacuteculos maacutes comercializados en
la ciudad de Cuenca (Chevrolet Aveo Activo 2011 y Kia
Picanto 2006) Para ello se utilizoacute un dinamoacutemetro de chasis y
ciclos de conduccioacuten establecidos por la EPA (FTP75 y
HWFET) Se definieron los coeficientes de carga A (inercia) B
(friccioacuten) y C (arrastre) que actuacutean sobre un vehiacuteculo
simulando las condiciones de carretera Para esto se realizan
pruebas coastdown en carretera y en el dinamoacutemetro bajo la
norma ISO 10521 Para determinar el consumo se utilizoacute un
medidor de flujo de combustible y una Interface OBDII Los
resultados para el ciclo urbano y extra urbano fueron de 8377
L100km y 6644 L100km para el Chevrolet Aveo Activo y
de 645 L100km y 609 L100km para el Kia Picanto
Palabras claves coastdown dinamoacutemetro de chasis consumo
de combustible ciclos de conduccioacuten ISO 10521 EPA
HWFET EPA FTP75
Abstract This work aims to determine the fuel consumption in
two of the most commercialized vehicles in Cuenca (2011
Chevrolet Aveo Activo and 2006 Kia Picanto) Driving cycles
established by the EPA (FTP75 and HWFET) and a chassis
dynamometer were used The load coefficients A (inertia) B
(friction) and C (drag) that operate on the vehicle were defined
to simulate road conditions Coastdown tests were performed
on the road and on the dvnamometer under ISO 10521 A fuel
flow meter and an OBDII Interface were used to determine the
consumption The results for the urban and extra urban cycle
were 8377 L100km and 6644 L100km for the Chevrolet
Aveo Activo and of 645 L100km and 609 L100km for the
Kia Picanto
Keywords coastdown chassis dynamometer fuel
consumption driving cycles ISO 10521 EPA HWFET EPA
FTP75
INTRODUCCIOacuteN
La Organizacioacuten Mundial de la Salud certificoacute que el 98
de las ciudades de los paiacuteses en desarrollo con maacutes de 100000
habitantes no cumplen con los estaacutendares de calidad del aire
[1] Asiacute mismo un informe de la Agencia de Proteccioacuten
Ambiental de los Estados Unidos estimoacute que el 33 de
emisiones CO2 en el 2011 fueron del sector del transporte de
las cuales el 63 son provenientes del transporte por carretera
[2] Por otra parte en el 2011 el 59 de la produccioacuten total de
petroacuteleo se utilizoacute para el transporte y se estima que para el
2040 ascienda a 63 lo que representariacutea un consumo diario
de 70 mb [3] Por lo tanto los fabricantes de automoacuteviles estaacuten
bajo presioacuten para proporcionar vehiacuteculos maacutes respetuosos con
el medio ambiente y maacutes eficientes en cuanto al consumo de
combustible [4]
En Ecuador el balance de energiacutea calculado cada antildeo por el
Ministerio Coordinador de Sectores Estrateacutegicos (MICSE)
muestra que el sector del transporte es el mayor consumidor de
combustible en el paiacutes En el antildeo 2015 el consumo total de
combustible del paiacutes fue de aproximadamente 437 millones de
Barriles de Petroacuteleo (BEP) donde los combustibles maacutes
demandados fueron dieacutesel gasolina convencional y premium
kerosene y buacutenker El transporte por carretera es el maacutes
significativo en teacuterminos de consumo de energiacutea ya que
demanda maacutes del 87 de las necesidades totales en el sector
[5]
Hay varias metodologiacuteas para determinar el consumo de
combustible La seleccioacuten de un meacutetodo adecuado depende
generalmente de la instrumentacioacuten que se implemente La
Unioacuten Europea mediante el IDEA (Instituto para la
diversificacioacuten y ahorro de la energiacutea) y la VCA (Agencia de
Determinacioacuten del consumo de combustible de
vehiacuteculos en base a los ciclos de conduccioacuten
EPA FTP75 Y EPA HWFET en dinamoacutemetro
de chasis
Caso de estudio Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y Kia Picanto 11L 2006
Jhordan Erraez Jumbo Jonathan Fajardo Reyes Mateo Coello Salcedo Andreacutes Loacutepez Hidalgo Daniel Cordero Moreno Facultad de Ciencia y Facultad de Ciencia y Centro de Investigacioacuten y Centro de investigacioacuten Centro de Investigacioacuten y
Tecnologiacutea Ingenieriacutea en Tecnologiacutea Ingenieriacutea en Desarrollo en Ingenieriacutea Desarrollo en Ingenieriacutea Desarrollo en Ingenieriacutea Mecaacutenica Automotriz Mecaacutenica Automotriz Automotriz (ERGON) Automotriz (ERGON) Automotriz (ERGON) Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay Universidad del Azuay
Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador Cuenca Ecuador jxerraezgmailcom 24jonathan1992gmail mfcoellouazuayeduec alopezhuazuayeduec dacorderomuazuay
com eduec
2
certificacioacuten de vehiacuteculos) utiliza un dinamoacutemetro de chasis
donde el conductor sigue rutas estaacutendar denominados ciclos de
conduccioacuten que son curvas de velocidad-tiempo y representan
patrones de manejo tiacutepico de una ciudad o regioacuten El IDEA y la
VCA utiliza un ciclo de conduccioacuten el NEDC (Nuevo ciclo de
conduccioacuten europeo) [6]
Por otro lado la EPA (Agencia de proteccioacuten ambiental de
los Estados Unidos) posee una base de datos con el consumo
de combustible de diversos vehiacuteculos para esto utiliza 2 ciclos
de conduccioacuten el FTP75 (Procedimiento de prueba federal) y
el HWFET (Prueba de economiacutea de combustible en carretera)
[7] Estos valores de consumo de combustible se obtienen en
condiciones de pruebas especiacuteficas y por lo tanto no
necesariamente se logran en condiciones de conduccioacuten de la
vida real Una variedad de factores puede influir en el consumo
real de combustible por ejemplo el estilo de conduccioacuten y el
comportamiento asiacute como el entorno y las condiciones bajo las
cuales se opera el vehiacuteculo [8]
En Grecia en la ciudad de Patra en su estudio denominado
Impacto de la altitud en el consumo de combustible de un
automoacutevil a gasolina se determinoacute el consumo de combustible
en dos diferentes altitudes 700 y 2200 msnm implementando
tres ciclos conduccioacuten estandarizados el autor concluye que
existe una disminucioacuten de consumo de combustible en la altura
con los ciclos de conduccioacuten FTP75 y NEDC cuya diferencia
porcentual es 25 y 35 respectivamente Ademaacutes en el
ciclo de conduccioacuten HWFET presenta una tendencia negativa
es decir existe un aumento de combustible cuya diferencia
porcentual es 65 [9]
En la ciudad de Quito se desarrollaron ciclos de conduccioacuten
para evaluar el rendimiento de combustible tanto en ciudad
como en carretera los resultados obtenidos fueron que el
consumo en ciudad es 11287 L100km y en carretera 7524
L100km Ademaacutes realizaron una comparacioacuten del rendimiento
de combustible implementando los ciclos de conduccioacuten
desarrollados cuya diferencia porcentual fue 36 mayor a los
datos proporcionados por el fabricante [10]
En Ecuador en la ciudad de Cuenca se determinoacute el
consumo de combustible de vehiacuteculos categoriacutea M1 para ello
se tomoacute como base la norma SAE J13212012 Fuel
Comsumption Test Procedure donde se utiliza meacutetodos de
recoleccioacuten de datos y anaacutelisis estadiacutestico para medir el
consumo Por otra parte realiza pruebas en dinamoacutemetro de
chasis con ciclos de conduccioacuten locales [11]
En el Ecuador no existe una base de datos de consumo de
combustible de los vehiacuteculos que maacutes circulan en el paiacutes Si
bien algunos fabricantes de vehiacuteculos brindan esta informacioacuten
no se sabe con exactitud si estos datos se ajustan a las
condiciones en las que los vehiacuteculos operan en la localidad
ciudades en la sierra entre 2000 y 3000msnm topografiacutea de las
viacuteas con altas pendientes y combustible con un octanaje inferior
al que el fabricante recomienda
Por todo lo expuesto anteriormente el propoacutesito de este
trabajo es alimentar a una base de datos con el consumo de
combustible de los vehiacuteculos que circulan en la ciudad de
Cuenca con base en los ciclos de conduccioacuten EPA FTP75 y
EPA HWFET en dinamoacutemetro de chasis Esta informacioacuten se
podriacutea utilizar en futuros estudios de mitigacioacuten sobre el
impacto que generan los vehiacuteculos al medio ambiente
MATERIALES Y MEacuteTODOS
Para la determinacioacuten del consumo de combustible este
estudio toma como referencia la norma ISO 10521 la cual
consta de dos partes ISO 10521 (1) describe el meacutetodo para
obtener los coeficientes de carga A B y C bajo condiciones
atmosfeacutericas de referencia en carretera y la ISO 10521 (2)
reproduccioacuten de carga en el dinamoacutemetro de chasis
Estos coeficientes de carga describen la fuerza total A
(inercia) B (friccioacuten) y C (arrastre) que actuacutean sobre un
vehiacuteculo las cuales generan la carga en los rodillos del banco
dinamomeacutetrico simulando las condiciones de carretera
Este estudio abarca el anaacutelisis del consumo de combustible
de dos vehiacuteculos de prueba los cuales fueron denominados
como Vehiacuteculo X Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y
Vehiacuteculo Y Kia Picanto 11L 2006
En la Tabla 1 se aprecia las caracteriacutesticas de cada vehiacuteculo de
prueba
Tabla 1 Caracteriacutesticas teacutecnicas de los vehiacuteculos
Vehiacuteculo
Caracteriacutesticas Vehiacuteculo X Vehiacuteculo Y
Antildeo 2011 2006
Cilindrada 1600 cm3
1100 cm3
Transmisioacuten Manual Manual
Torquerpm 147 kg-m a 3600
rpm
98 kg-m a 2800
rpm
Potenciarpm 103hp a 6000rpm 64hp 5500 rpm
Combustible Gasolina Gasolina
Peso bruto
vehicular 1535 Kg
1350 kg
Peso en vaciacuteo 1125 Kg 966 kg
A Caacutelculo de los coeficientes de carga
1) Prueba coastdown carretera
Las pruebas se realizan bajo la norma ISO 10521 (1) donde
se efectuacutean pruebas de desaceleracioacuten libre (coastdown) para
esto el vehiacuteculo debe llegar a una velocidad de 100 kmh y
dejar que el vehiacuteculo se detenga por la resistencia a la rodadura
y por accioacuten del aire para esto se debe colocar la caja de
cambios en posicioacuten neutral
3
Las pruebas coastdown se llevaron a cabo en la provincia
del Azuay ciudad Cuenca parroquia Cumbe en la carretera
panamericana 35 Esta encuentra ubicada a 2639 msnm una
distancia total de 2 km aproximadamente y posee una
inclinacioacuten maacutexima de 24
A continuacioacuten se detallan algunos requisitos para realizar
las pruebas coastdown
- El vehiacuteculo debe estar en condiciones normales seguacuten
lo especificado por el fabricante es decir presioacuten de
los neumaacuteticos alineacioacuten de las ruedas altura del
vehiacuteculo lubricantes en el tren motriz y el ajuste de
los frenos para evitar la resistencia paraacutesita no
deseada
- Antes de la prueba el vehiacuteculo debe pre acondicionarse
adecuadamente para alcanzar la temperatura oacuteptima
de funcionamiento se recomienda conducir el
vehiacuteculo durante un periacuteodo de 30 minutos
- Durante la prueba de carretera cualquier cubierta del
sistema de ventilacioacuten de aire faros etc deberaacute estar
cerrada y el aire acondicionado apagado
- El movimiento del volante se debe evitar tanto como
sea posible y el vehiacuteculo no se operaraacute hasta el final
de la desaceleracioacuten
- Repetir la prueba teniendo cuidado de comenzar la
desaceleracioacuten a la misma velocidad y condiciones
previas
- Realizar el test de desaceleracioacuten libre en ambas
direcciones para eliminar la pendiente
- Si durante un test en una direccioacuten el conductor se ve
obligado a cambiar bruscamente la direccioacuten del
vehiacuteculo esta medicioacuten y la medida emparejada en la
direccioacuten opuesta seraacuten rechazadas
Para la obtencioacuten de los datos de velocidad y tiempo los
vehiacuteculos son instrumentados con un sistema de
posicionamiento global (GPS VBOX SPORT) con frecuencia
de 20Hz En la Figura 1 se aprecia la curva caracteriacutestica de la
prueba de desaceleracioacuten libre en donde disminuye la
velocidad en funcioacuten del tiempo
Figura 1 Test de desaceleracioacuten libre
Es necesario calcular la fuerza requerida en rueda para ello
se utiliza la ecuacioacuten 1
Ft= ((m + m r) 36) x 2 ∆V∆t (1)
En donde
m es la masa del vehiacuteculo de prueba incluidos el conductor y
los instrumentos en kilogramos (kg)
mr se puede estimar como el 3 de la masa del vehiacuteculo sin
carga
A partir de la Ecuacioacuten 1 se obtiene un valor de fuerza
respecto a cada valor de velocidad generando un diagrama
fuerza-velocidad se obtiene lo coeficientes de carga mediante
el meacutetodo de regresioacuten polinomial de segundo grado donde
obtendraacute
F= At+BtV+CtV2
(2)
At = [N]
Bt= [N (kmh)]
Ct = [N (kmh) 2]
En donde At Bt y Ct son los coeficientes de carga en
carretera ecuacioacuten 2
Definidos los coeficientes de carga en carretera es necesario
aplicar los factores de correccioacuten de acuerdo a la norma ISO
10521 (2) para esto se aplicaraacuten las ecuaciones 3 4 y 5
Ad = 05 x At [3]
Bd = 02 x Bt [4]
Cd = Ct [5]
En donde Ad Bd y Cd son los coeficientes de carga inicial
del rodillo del dinamoacutemetro de chasis
Previo a realizar las pruebas coastdown en el dinamoacutemetro
de chasis es necesario ingresar estos coeficientes que se
utilizaraacuten como configuracioacuten de carga inicial del rodillo
2) Pruebas coastdown en el dinamoacutemetro de chasis
El dinamoacutemetro de chasis utilizado para el test de
aceleracioacuten libre se puede observar en la Figura 2 El cual
posee un rodillo de 30rdquo de diaacutemetro capacidad para soportar
una velocidad maacutexima de 362 kmh una potencia maacutexima de
absorcioacuten de 1200 Hp y soporta un peso maacuteximo de 3629 kg
4
Figura 2 Dinamoacutemetro de chasis
Las pruebas se realizan bajo la norma ISO 10521 (1) donde
se efectuacutean pruebas de desaceleracioacuten libre para esto el
vehiacuteculo debe llegar a una velocidad de 100 kmh y dejar que
el vehiacuteculo se detenga por la carga generada en el rodillo Para
esto se debe colocar la caja de cambios en posicioacuten neutral
Para la obtencioacuten de los datos de velocidad y tiempo se
utiliza el software del banco dinamomeacutetrico el cual entrega
datos a 1Hz de frecuencia
Por otra parte es necesario calcular la fuerza requerida en
rueda para ello se utiliza la ecuacioacuten 6
Ft= ((m d + mrsquor) 36) x 2 ∆V∆t (6)
En donde
md es la masa de inercia equivalente del dinamoacutemetro del
chasis en kilogramos (kg)
mrsquor es la masa efectiva equivalente de las ruedas motrices y
componentes del vehiacuteculo que giran con las ruedas durante la
desaceleracioacuten en el dinamoacutemetro en kilogramos (kg) Se
puede estimar como el 15 de la masa del vehiacuteculo sin carga
De la misma manera con la ecuacioacuten 6 se obtiene un valor
de fuerza respecto a cada valor de velocidad generando un
diagrama fuerza-velocidad se obtiene los coeficientes de carga
mediante el meacutetodo de regresioacuten polinomial de segundo grado
donde obtendra
Fs= As+BsV+CsV2
(7)
As = [N]
Bs = [N (kmh)]
Cs = [N (kmh) 2 ]
En donde As Bs y Cs son los coeficientes de carga del
dinamoacutemetro de chasis ecuacioacuten 7
Para obtener los coeficientes finales de carga A B y C la
norma ISO 10521 (2) establece las ecuaciones 8 9 y 10
A = At + Ad ndash As [8]
B = Bt + Bd ndash Bs [9]
C = Ct + Cd ndash Cs [10]
Las siglas s t y d hacen referencia a simulate target y
dynamometer respectivamente
Estos seraacuten introducidos en el dinamoacutemetro de chasis para
realizar las pruebas de consumo de combustible
B Medicioacuten del consumo de combustible en dinamoacutemetro
de chasis
El procedimiento para la medicioacuten del consumo de
combustible es seguir las trayectorias de los ciclos de
conduccioacuten que se cargan en el dinamoacutemetro de chasis
considerando las condiciones de la localidad de Cuenca Para
esto se utilizan dos ciclos de conduccioacuten el FTP75 y el
HWFET
El FTP75 posee una distancia total 1104 millas (1777 km)
una velocidad media de 212 mph (3412 kmh) velocidad
maacutexima de 567 mph (9126 kmh) y una duracioacuten de 1874
segundos (Figura 3)
Figura 3 Prueba de laboratorio (Ciclo de conduccioacuten FTP75)
El HWFET posee una distancia total de 1026 millas (1645
km) una velocidad media de 483 mph (777 kmh) velocidad
maacutexima de 599 mph (964 kmh) y una duracioacuten de 765
segundos (Figura 4)
Figura 4 Prueba de laboratorio (ciclo de conduccioacuten HWFET)
Para obtener los datos del consumo de combustibles se
utilizan los siguientes equipos
5
1) Flujoacutemetro KVM 2012
Para esta medicioacuten se cuenta con un medidor de flujo de
combustible KVM 2012 con rango de operacioacuten de 20 a
100degC un rango de presioacuten de -1 a 16bar y capacidad para
medir un flujo de 15 a 500 Lh Este equipo se lo conecta
directamente en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
generando asiacute datos de consumo de combustible en tiempo real
2) Interface OBD II ELM327
Para esta medicioacuten se cuenta con un sistema de adquisicioacuten
de datos del motor a traveacutes del puerto de conexioacuten OBDII con
este equipo se puede estimar el consumo de combustible
mediante la relacioacuten de variables fiacutesicas como presioacuten en el
muacuteltiple de admisioacuten o flujo de aire de admisioacuten reacutegimen de
giro del motor temperatura del aire proporcioacuten de mezcla aire-
combustible etc
En la Figura 5 se puede observar en resumen la metodologiacutea
a seguir para la determinacioacuten del consumo de combustible
RESULTADOS
A partir de la regresioacuten polinomial de segundo grado se
obtuvieron tanto los coeficientes de carga en carretera como en
el dinamoacutemetro de chasis En la Figura 6 se aprecia la regresioacuten
polinomial donde se puede observar que a mayor velocidad
mayor seraacute la fuerza que se opone al movimiento del vehiacuteculo
Figura 6 Obtencioacuten de coeficientes de carga mediante
regresioacuten polinomial de segundo grado
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en carretera se describen en la tabla 2
Tabla 2 Coeficientes de carga en carretera
Vehiacuteculo X
At 435465 plusmn 27616 [N]
Bt 3109 plusmn 2821 [N(kmh)]
Ct
0038 plusmn 0029 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
At 380285 plusmn 161659 [N]
Bt 3350 plusmn 1809 [N(kmh)]
Ct 0024 plusmn 0015 [N(kmh)2]
Para este anaacutelisis no se consideraron los coeficientes de carga
inicial del rodillo Es decir Ad Bd Cd con valores de cero
Por lo que la ecuacioacuten final para determinar los coeficientes
A B y C es
A = At - As [11]
B = Bt - Bs [12]
C = Ct - Cs [13]
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en el dinamoacutemetro de chasis se describen en la
Tabla 3
Figura 5 Metodologiacutea consumo de combustible
6
Tabla 3 Coeficientes de carga en dinamoacutemetro de chasis
Vehiacuteculo X
As 235251 plusmn 10771 [N]
Bs 2663 plusmn 0443 [N(kmh)]
Cs -0006 plusmn 0004 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
As 177984 plusmn 7771 [N]
Bs 3283 plusmn 0677 [N(kmh)]
Cs -0014 plusmn 0005 [N(kmh)2]
Los coeficientes finales obtenidos se pueden observar en la
Tabla 4 Para lo cual se utilizaron las Ecuaciones 11 12 y 13
Tabla 4 Coeficientes de carga finales
Vehiacuteculo X
A 200214 [N]
B 0475 [N(kmh)]
C
0044 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
A 202300 [N]
B 0067 [N(kmh)]
C 0039 [N(kmh)2]
Se determinoacute el consumo de combustible de los vehiacuteculos
seleccionados siguiendo los ciclos de conduccioacuten HWFET Y
FTP75 Para esto se instrumentoacute a los vehiacuteculos con los
equipos mencionados anteriormente que son flujoacutemetro e
Interface OBDII ELM327
A Consumo de combustible del vehiacuteculo X
En la Tabla 5 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con cada equipo de medicioacuten
Tabla 5 Consumo de combustible vehiacuteculo X
VEHIacuteCULO X
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 6644plusmn005 7765plusmn00
7
[L100km]
FTP75 8377plusmn120 9944plusmn11
8
[L100km]
Como se puede observar en la Figura 7 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET es 169 menor al brindado por el ELM
327 Asiacute mismo el consumo en el ciclo de conduccioacuten FTP75
proporcionado por el flujometro es 18 menor al calculado por
el OBD II ELM327
Esta diferencia se debe a que el OBDII realiza un caacutelculo
considerando variables fiacutesicas del motor mencionadas
anteriormente Y el flujoacutemetro mide de manera fiacutesica el
consumo de combustible ya que este se conecta directamente
en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
Figura 7 Consumo de combustible del vehiacuteculo X
Por otra parte la Figura 8 muestra una comparacioacuten del
consumo de combustible entre los datos obtenidos por el
flujoacutemetro y los del fabricante
Figura 8 Comparacioacuten Consumo de combustible
7
Como se puede observar en la Figura 8 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo HWFET es
25 mayor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo FTP75 es 5 menor a los datos
del fabricante
Esta diferencia se debe a las condiciones a las cuales fueron
realizadas las pruebas Ya que no existe informacioacuten de la
metodologiacutea implementada por el fabricante
B Consumo de combustible vehiacuteculo Y
En la Tabla 6 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con los equipos de medicioacuten del vehiacuteculo Y
Tabla 6 Consumo de combustible del Vehiacuteculo Y
VEHIacuteCULO Y
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 609plusmn013
713plusmn03
3
[L100km]
FTP75 645plusmn010 790plusmn02
4
L100 km]
El consumo de combustible obtenido por el flujoacutemetro en el
ciclo de conduccioacuten HWFET es 17 menor al calculado por
el ELM327 Asiacute mismo la Figura 9 muestra que el consumo
proporcionado por el flujoacutemetro en el ciclo de conduccioacuten
FTP75 es 224 menor al brindado por el ELM 327
Figura 9 Consumo de combustible del vehiacuteculo Y
Como se puede observar en la Figura 10 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo FTP75 es
067 menor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo HWFET es 27 mayor a los
datos del fabricante
Figura 10 Comparacioacuten consumo de combustible
Si se considera el KVR (indicador de kiloacutemetros recorridos)
local que es 3604 kmdiacutea [12] se estima que el consumo de
combustible del vehiacuteculo X es 873 4 Lantildeo y del vehiacuteculo Y es
82223 Lantildeo
Como se puede observar en la Figura 11 el consumo de
combustible anual del vehiacuteculo X es 58 mayor al vehiacuteculo
Y Esto se debe a las caracteriacutesticas teacutecnicas de cada vehiacuteculo
ya que el vehiacuteculo X presente mayor cilindrada
Figura 11 Consumo de combustible anual
CONCLUSIONES
Para la estimacioacuten de consumo de combustible se utilizan
ciclos de conduccioacuten que representan la forma tiacutepica de
conduccioacuten en ciudad y carretera Las mediciones se llevaron a
cabo en dinamoacutemetro de chasis siguiendo ciclos de conduccioacuten
establecidos por la EPA el FTP75 y HWFET siendo estos los
maacutes representativos a nivel mundial
8
Al seguir la metodologiacutea de la norma ISO 10521 se
obtuvieron los coeficientes de carga de configuracioacuten del
dinamoacutemetro de chasis Los coeficientes para el vehiacuteculo X
son A=200214 [N] B=0475 [N(kmh)] y C= 0044
[N(kmh) 2] para el vehiacuteculo X son A=202300 [N]
B=0067[N(kmh)] y C igual a 0039 [N(kmh)2]
Para determinar el consumo de combustible se utilizaron dos
dispositivos flujoacutemetro e interfaz OBII siguiendo los ciclos de
conduccioacuten FTP75 y HWFET mediante un dinamoacutemetro de
chasis Se realizoacute un total de 20 pruebas en cada vehiacuteculo los
resultados obtenidos fueron Vehiacuteculo X flujoacutemetro 664
L100km y con ELM327 7765 L100km en el ciclo de
conduccioacuten HWFET De la misma manera para el ciclo de
conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 8377 L100km y con ELM327
9944 L100km En cuanto al vehiacuteculo Y los resultados
obtenidos fueron flujometro 609 L100km y con ELM327
713 L100km en el ciclo de conduccioacuten HWFET asiacute mismo
para el ciclo de conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 645 L100km y
con ELM327 790 L100km
Por otra parte se presenta una comparacioacuten entre dos
dispositivos de adquisicioacuten de flujo de combustible
(flujometro interfaz OBII) dando una diferencia porcentual
para el ciclo FTP75 de 1575 y para el HWFET de 1443
estas diferencias mayores se presentan en el vehiacuteculo X con la
interfaz OBII respecto al flujoacutemetro Asiacute mismo se presentan
diferencias porcentuales mayores para el ciclo de FTP75 de
1835 y para HWFET 1458 debido a que el primer
dispositivo (flujoacutemetro) brinda una medida fiacutesica mientras que
el segundo dispositivo (lector OBII) brinda una estimacioacuten de
flujo tomando en cuenta datos monitoreados por los sensores
Al comparar el consumo de combustible obtenido por los
dos sistemas de medicioacuten se obtuvo que para el vehiacuteculo X el
OBDII presenta un 317 mayor de consumo de combustible
en relacioacuten al del fabricante y un 144 mayor al obtenido por
el flujoacutemetro en el ciclo HWFET y para el ciclo FTP75 existe
una diferencia de 1046 mayor al del fabricante y 1579
mayor al obtenido por el flujoacutemetro (Figura 12)
Figura 12 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo X
En cuanto al vehiacuteculo Y el consumo de combustible
obtenido por el OBD II es 3828 mayor al del fabricante y
145 mayor al obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET y para el ciclo FTP75 hay una diferencia
de 1835 mayor al del fabricante y 177 mayor al obtenido
por el flujoacutemetro (Figura 13)
Figura 13 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo Y
Finalmente estos valores de consumo de combustible
contribuiraacuten a una base de datos que permitiraacute tener una
referencia del consumo de los vehiacuteculos que circulan en la
ciudad considerando las condiciones de la localidad de
Cuenca
Esta determinacioacuten de combustible puede ser utilizada como
una herramienta que ayude en la toma de decisiones para
instituciones encargadas del control del traacutensito vehicular
planteamiento de futuros estudios ambientales o nuevas
revaloraciones de los impuestos de circulacioacuten del vehiacuteculo en
la ciudad entre otras utilidades que se puedan dar
REFERENCIAS
[1] Organizacioacuten Mundial de la Salud (2003) Informe
sobre la Salud en el Mundo 2003 1ndash140 Retrieved
from
httpwwwwhointwhr2003enwhr03_espdfua=1
[2] US State Department (2014) US Climate Action
Report
[3] IEA 2013 CO2 Emissions from Fuel Combustion
2013 IEA Paris doi
httpdxdoiorg101787co2_fuel-2013-en (2014
accessed 20 February 2015)
[4] M Zhou H Jin and W Wang ldquoA review of vehicle
fuel consumption models to evaluate eco-driving and
eco-routingrdquo Transp Res Part D Transp Environ
vol 49 no 5 pp 203ndash218 2016
[5] J C Sierra ldquoEstimating road transport fuel
consumption in Ecuadorrdquo Energy Policy vol 92 pp
359ndash368 2016
9
[6] Instituto para la Diversificacioacuten y Ahorro de la Energia
Guiacutea de Vehiacuteculo de Turismo de venta en Espantildea con
indicacioacuten de consumos y emisiones de CO2
MADRID 2017
[7] EPA (19 de julio de 2017) Vehicle and Fuel
Emissions Testing Obtenido de Vehicle and Fuel
Emissions Testing httpswwwepagovvehicle-and-
fuel-emissions-testingdynamometer-drive-schedules
[8] V V C A Offices et alThe fuel consumption testing
scheme 2016 [online] Available
httpwwwdftgovukvcafcbnew-car-fuel
consumpasp
[9] E Zervas ldquoImpact of altitude on fuel consumption of a
gasoline passenger carrdquo Fuel vol 90 no 6 pp 2340ndash
2342 2011
[10] F E Quinchimbla Pisuntildea and J M Soliacutes Santamariacutea
ldquoDesarrollo De Ciclos De Conduccioacuten En Ciudad
Carretera Y Combinado Para Evaluar El Rendimiento
Real Del Combustible De Un Vehiacuteculo Con Motor De
Ciclo Otto En El Distrito Metropolitano De Quitordquo
Esc Politeacutecnica Nac p 163 2015
[11] B A Loyola E Sandoval and J Galvez ldquoAnaacutelisis de
consumo de combustible de los vehiacuteculos de categoriacutea
M1 que circulan en el Centro Histoacuterico de la ciudad de
Cuenca en horas de maacutexima demanda en funcioacuten de los
ciclos de conduccioacutenrdquo p 62 2016
[12] D Sarango and P Moncayo ldquoDeterminacioacuten del
indicador kiloacutemetros-vehiacuteculo recorrido (KVR) para la
ciudad de Cuencardquo p 94 2016
2
certificacioacuten de vehiacuteculos) utiliza un dinamoacutemetro de chasis
donde el conductor sigue rutas estaacutendar denominados ciclos de
conduccioacuten que son curvas de velocidad-tiempo y representan
patrones de manejo tiacutepico de una ciudad o regioacuten El IDEA y la
VCA utiliza un ciclo de conduccioacuten el NEDC (Nuevo ciclo de
conduccioacuten europeo) [6]
Por otro lado la EPA (Agencia de proteccioacuten ambiental de
los Estados Unidos) posee una base de datos con el consumo
de combustible de diversos vehiacuteculos para esto utiliza 2 ciclos
de conduccioacuten el FTP75 (Procedimiento de prueba federal) y
el HWFET (Prueba de economiacutea de combustible en carretera)
[7] Estos valores de consumo de combustible se obtienen en
condiciones de pruebas especiacuteficas y por lo tanto no
necesariamente se logran en condiciones de conduccioacuten de la
vida real Una variedad de factores puede influir en el consumo
real de combustible por ejemplo el estilo de conduccioacuten y el
comportamiento asiacute como el entorno y las condiciones bajo las
cuales se opera el vehiacuteculo [8]
En Grecia en la ciudad de Patra en su estudio denominado
Impacto de la altitud en el consumo de combustible de un
automoacutevil a gasolina se determinoacute el consumo de combustible
en dos diferentes altitudes 700 y 2200 msnm implementando
tres ciclos conduccioacuten estandarizados el autor concluye que
existe una disminucioacuten de consumo de combustible en la altura
con los ciclos de conduccioacuten FTP75 y NEDC cuya diferencia
porcentual es 25 y 35 respectivamente Ademaacutes en el
ciclo de conduccioacuten HWFET presenta una tendencia negativa
es decir existe un aumento de combustible cuya diferencia
porcentual es 65 [9]
En la ciudad de Quito se desarrollaron ciclos de conduccioacuten
para evaluar el rendimiento de combustible tanto en ciudad
como en carretera los resultados obtenidos fueron que el
consumo en ciudad es 11287 L100km y en carretera 7524
L100km Ademaacutes realizaron una comparacioacuten del rendimiento
de combustible implementando los ciclos de conduccioacuten
desarrollados cuya diferencia porcentual fue 36 mayor a los
datos proporcionados por el fabricante [10]
En Ecuador en la ciudad de Cuenca se determinoacute el
consumo de combustible de vehiacuteculos categoriacutea M1 para ello
se tomoacute como base la norma SAE J13212012 Fuel
Comsumption Test Procedure donde se utiliza meacutetodos de
recoleccioacuten de datos y anaacutelisis estadiacutestico para medir el
consumo Por otra parte realiza pruebas en dinamoacutemetro de
chasis con ciclos de conduccioacuten locales [11]
En el Ecuador no existe una base de datos de consumo de
combustible de los vehiacuteculos que maacutes circulan en el paiacutes Si
bien algunos fabricantes de vehiacuteculos brindan esta informacioacuten
no se sabe con exactitud si estos datos se ajustan a las
condiciones en las que los vehiacuteculos operan en la localidad
ciudades en la sierra entre 2000 y 3000msnm topografiacutea de las
viacuteas con altas pendientes y combustible con un octanaje inferior
al que el fabricante recomienda
Por todo lo expuesto anteriormente el propoacutesito de este
trabajo es alimentar a una base de datos con el consumo de
combustible de los vehiacuteculos que circulan en la ciudad de
Cuenca con base en los ciclos de conduccioacuten EPA FTP75 y
EPA HWFET en dinamoacutemetro de chasis Esta informacioacuten se
podriacutea utilizar en futuros estudios de mitigacioacuten sobre el
impacto que generan los vehiacuteculos al medio ambiente
MATERIALES Y MEacuteTODOS
Para la determinacioacuten del consumo de combustible este
estudio toma como referencia la norma ISO 10521 la cual
consta de dos partes ISO 10521 (1) describe el meacutetodo para
obtener los coeficientes de carga A B y C bajo condiciones
atmosfeacutericas de referencia en carretera y la ISO 10521 (2)
reproduccioacuten de carga en el dinamoacutemetro de chasis
Estos coeficientes de carga describen la fuerza total A
(inercia) B (friccioacuten) y C (arrastre) que actuacutean sobre un
vehiacuteculo las cuales generan la carga en los rodillos del banco
dinamomeacutetrico simulando las condiciones de carretera
Este estudio abarca el anaacutelisis del consumo de combustible
de dos vehiacuteculos de prueba los cuales fueron denominados
como Vehiacuteculo X Chevrolet Aveo Activo 16L 2011 y
Vehiacuteculo Y Kia Picanto 11L 2006
En la Tabla 1 se aprecia las caracteriacutesticas de cada vehiacuteculo de
prueba
Tabla 1 Caracteriacutesticas teacutecnicas de los vehiacuteculos
Vehiacuteculo
Caracteriacutesticas Vehiacuteculo X Vehiacuteculo Y
Antildeo 2011 2006
Cilindrada 1600 cm3
1100 cm3
Transmisioacuten Manual Manual
Torquerpm 147 kg-m a 3600
rpm
98 kg-m a 2800
rpm
Potenciarpm 103hp a 6000rpm 64hp 5500 rpm
Combustible Gasolina Gasolina
Peso bruto
vehicular 1535 Kg
1350 kg
Peso en vaciacuteo 1125 Kg 966 kg
A Caacutelculo de los coeficientes de carga
1) Prueba coastdown carretera
Las pruebas se realizan bajo la norma ISO 10521 (1) donde
se efectuacutean pruebas de desaceleracioacuten libre (coastdown) para
esto el vehiacuteculo debe llegar a una velocidad de 100 kmh y
dejar que el vehiacuteculo se detenga por la resistencia a la rodadura
y por accioacuten del aire para esto se debe colocar la caja de
cambios en posicioacuten neutral
3
Las pruebas coastdown se llevaron a cabo en la provincia
del Azuay ciudad Cuenca parroquia Cumbe en la carretera
panamericana 35 Esta encuentra ubicada a 2639 msnm una
distancia total de 2 km aproximadamente y posee una
inclinacioacuten maacutexima de 24
A continuacioacuten se detallan algunos requisitos para realizar
las pruebas coastdown
- El vehiacuteculo debe estar en condiciones normales seguacuten
lo especificado por el fabricante es decir presioacuten de
los neumaacuteticos alineacioacuten de las ruedas altura del
vehiacuteculo lubricantes en el tren motriz y el ajuste de
los frenos para evitar la resistencia paraacutesita no
deseada
- Antes de la prueba el vehiacuteculo debe pre acondicionarse
adecuadamente para alcanzar la temperatura oacuteptima
de funcionamiento se recomienda conducir el
vehiacuteculo durante un periacuteodo de 30 minutos
- Durante la prueba de carretera cualquier cubierta del
sistema de ventilacioacuten de aire faros etc deberaacute estar
cerrada y el aire acondicionado apagado
- El movimiento del volante se debe evitar tanto como
sea posible y el vehiacuteculo no se operaraacute hasta el final
de la desaceleracioacuten
- Repetir la prueba teniendo cuidado de comenzar la
desaceleracioacuten a la misma velocidad y condiciones
previas
- Realizar el test de desaceleracioacuten libre en ambas
direcciones para eliminar la pendiente
- Si durante un test en una direccioacuten el conductor se ve
obligado a cambiar bruscamente la direccioacuten del
vehiacuteculo esta medicioacuten y la medida emparejada en la
direccioacuten opuesta seraacuten rechazadas
Para la obtencioacuten de los datos de velocidad y tiempo los
vehiacuteculos son instrumentados con un sistema de
posicionamiento global (GPS VBOX SPORT) con frecuencia
de 20Hz En la Figura 1 se aprecia la curva caracteriacutestica de la
prueba de desaceleracioacuten libre en donde disminuye la
velocidad en funcioacuten del tiempo
Figura 1 Test de desaceleracioacuten libre
Es necesario calcular la fuerza requerida en rueda para ello
se utiliza la ecuacioacuten 1
Ft= ((m + m r) 36) x 2 ∆V∆t (1)
En donde
m es la masa del vehiacuteculo de prueba incluidos el conductor y
los instrumentos en kilogramos (kg)
mr se puede estimar como el 3 de la masa del vehiacuteculo sin
carga
A partir de la Ecuacioacuten 1 se obtiene un valor de fuerza
respecto a cada valor de velocidad generando un diagrama
fuerza-velocidad se obtiene lo coeficientes de carga mediante
el meacutetodo de regresioacuten polinomial de segundo grado donde
obtendraacute
F= At+BtV+CtV2
(2)
At = [N]
Bt= [N (kmh)]
Ct = [N (kmh) 2]
En donde At Bt y Ct son los coeficientes de carga en
carretera ecuacioacuten 2
Definidos los coeficientes de carga en carretera es necesario
aplicar los factores de correccioacuten de acuerdo a la norma ISO
10521 (2) para esto se aplicaraacuten las ecuaciones 3 4 y 5
Ad = 05 x At [3]
Bd = 02 x Bt [4]
Cd = Ct [5]
En donde Ad Bd y Cd son los coeficientes de carga inicial
del rodillo del dinamoacutemetro de chasis
Previo a realizar las pruebas coastdown en el dinamoacutemetro
de chasis es necesario ingresar estos coeficientes que se
utilizaraacuten como configuracioacuten de carga inicial del rodillo
2) Pruebas coastdown en el dinamoacutemetro de chasis
El dinamoacutemetro de chasis utilizado para el test de
aceleracioacuten libre se puede observar en la Figura 2 El cual
posee un rodillo de 30rdquo de diaacutemetro capacidad para soportar
una velocidad maacutexima de 362 kmh una potencia maacutexima de
absorcioacuten de 1200 Hp y soporta un peso maacuteximo de 3629 kg
4
Figura 2 Dinamoacutemetro de chasis
Las pruebas se realizan bajo la norma ISO 10521 (1) donde
se efectuacutean pruebas de desaceleracioacuten libre para esto el
vehiacuteculo debe llegar a una velocidad de 100 kmh y dejar que
el vehiacuteculo se detenga por la carga generada en el rodillo Para
esto se debe colocar la caja de cambios en posicioacuten neutral
Para la obtencioacuten de los datos de velocidad y tiempo se
utiliza el software del banco dinamomeacutetrico el cual entrega
datos a 1Hz de frecuencia
Por otra parte es necesario calcular la fuerza requerida en
rueda para ello se utiliza la ecuacioacuten 6
Ft= ((m d + mrsquor) 36) x 2 ∆V∆t (6)
En donde
md es la masa de inercia equivalente del dinamoacutemetro del
chasis en kilogramos (kg)
mrsquor es la masa efectiva equivalente de las ruedas motrices y
componentes del vehiacuteculo que giran con las ruedas durante la
desaceleracioacuten en el dinamoacutemetro en kilogramos (kg) Se
puede estimar como el 15 de la masa del vehiacuteculo sin carga
De la misma manera con la ecuacioacuten 6 se obtiene un valor
de fuerza respecto a cada valor de velocidad generando un
diagrama fuerza-velocidad se obtiene los coeficientes de carga
mediante el meacutetodo de regresioacuten polinomial de segundo grado
donde obtendra
Fs= As+BsV+CsV2
(7)
As = [N]
Bs = [N (kmh)]
Cs = [N (kmh) 2 ]
En donde As Bs y Cs son los coeficientes de carga del
dinamoacutemetro de chasis ecuacioacuten 7
Para obtener los coeficientes finales de carga A B y C la
norma ISO 10521 (2) establece las ecuaciones 8 9 y 10
A = At + Ad ndash As [8]
B = Bt + Bd ndash Bs [9]
C = Ct + Cd ndash Cs [10]
Las siglas s t y d hacen referencia a simulate target y
dynamometer respectivamente
Estos seraacuten introducidos en el dinamoacutemetro de chasis para
realizar las pruebas de consumo de combustible
B Medicioacuten del consumo de combustible en dinamoacutemetro
de chasis
El procedimiento para la medicioacuten del consumo de
combustible es seguir las trayectorias de los ciclos de
conduccioacuten que se cargan en el dinamoacutemetro de chasis
considerando las condiciones de la localidad de Cuenca Para
esto se utilizan dos ciclos de conduccioacuten el FTP75 y el
HWFET
El FTP75 posee una distancia total 1104 millas (1777 km)
una velocidad media de 212 mph (3412 kmh) velocidad
maacutexima de 567 mph (9126 kmh) y una duracioacuten de 1874
segundos (Figura 3)
Figura 3 Prueba de laboratorio (Ciclo de conduccioacuten FTP75)
El HWFET posee una distancia total de 1026 millas (1645
km) una velocidad media de 483 mph (777 kmh) velocidad
maacutexima de 599 mph (964 kmh) y una duracioacuten de 765
segundos (Figura 4)
Figura 4 Prueba de laboratorio (ciclo de conduccioacuten HWFET)
Para obtener los datos del consumo de combustibles se
utilizan los siguientes equipos
5
1) Flujoacutemetro KVM 2012
Para esta medicioacuten se cuenta con un medidor de flujo de
combustible KVM 2012 con rango de operacioacuten de 20 a
100degC un rango de presioacuten de -1 a 16bar y capacidad para
medir un flujo de 15 a 500 Lh Este equipo se lo conecta
directamente en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
generando asiacute datos de consumo de combustible en tiempo real
2) Interface OBD II ELM327
Para esta medicioacuten se cuenta con un sistema de adquisicioacuten
de datos del motor a traveacutes del puerto de conexioacuten OBDII con
este equipo se puede estimar el consumo de combustible
mediante la relacioacuten de variables fiacutesicas como presioacuten en el
muacuteltiple de admisioacuten o flujo de aire de admisioacuten reacutegimen de
giro del motor temperatura del aire proporcioacuten de mezcla aire-
combustible etc
En la Figura 5 se puede observar en resumen la metodologiacutea
a seguir para la determinacioacuten del consumo de combustible
RESULTADOS
A partir de la regresioacuten polinomial de segundo grado se
obtuvieron tanto los coeficientes de carga en carretera como en
el dinamoacutemetro de chasis En la Figura 6 se aprecia la regresioacuten
polinomial donde se puede observar que a mayor velocidad
mayor seraacute la fuerza que se opone al movimiento del vehiacuteculo
Figura 6 Obtencioacuten de coeficientes de carga mediante
regresioacuten polinomial de segundo grado
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en carretera se describen en la tabla 2
Tabla 2 Coeficientes de carga en carretera
Vehiacuteculo X
At 435465 plusmn 27616 [N]
Bt 3109 plusmn 2821 [N(kmh)]
Ct
0038 plusmn 0029 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
At 380285 plusmn 161659 [N]
Bt 3350 plusmn 1809 [N(kmh)]
Ct 0024 plusmn 0015 [N(kmh)2]
Para este anaacutelisis no se consideraron los coeficientes de carga
inicial del rodillo Es decir Ad Bd Cd con valores de cero
Por lo que la ecuacioacuten final para determinar los coeficientes
A B y C es
A = At - As [11]
B = Bt - Bs [12]
C = Ct - Cs [13]
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en el dinamoacutemetro de chasis se describen en la
Tabla 3
Figura 5 Metodologiacutea consumo de combustible
6
Tabla 3 Coeficientes de carga en dinamoacutemetro de chasis
Vehiacuteculo X
As 235251 plusmn 10771 [N]
Bs 2663 plusmn 0443 [N(kmh)]
Cs -0006 plusmn 0004 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
As 177984 plusmn 7771 [N]
Bs 3283 plusmn 0677 [N(kmh)]
Cs -0014 plusmn 0005 [N(kmh)2]
Los coeficientes finales obtenidos se pueden observar en la
Tabla 4 Para lo cual se utilizaron las Ecuaciones 11 12 y 13
Tabla 4 Coeficientes de carga finales
Vehiacuteculo X
A 200214 [N]
B 0475 [N(kmh)]
C
0044 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
A 202300 [N]
B 0067 [N(kmh)]
C 0039 [N(kmh)2]
Se determinoacute el consumo de combustible de los vehiacuteculos
seleccionados siguiendo los ciclos de conduccioacuten HWFET Y
FTP75 Para esto se instrumentoacute a los vehiacuteculos con los
equipos mencionados anteriormente que son flujoacutemetro e
Interface OBDII ELM327
A Consumo de combustible del vehiacuteculo X
En la Tabla 5 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con cada equipo de medicioacuten
Tabla 5 Consumo de combustible vehiacuteculo X
VEHIacuteCULO X
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 6644plusmn005 7765plusmn00
7
[L100km]
FTP75 8377plusmn120 9944plusmn11
8
[L100km]
Como se puede observar en la Figura 7 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET es 169 menor al brindado por el ELM
327 Asiacute mismo el consumo en el ciclo de conduccioacuten FTP75
proporcionado por el flujometro es 18 menor al calculado por
el OBD II ELM327
Esta diferencia se debe a que el OBDII realiza un caacutelculo
considerando variables fiacutesicas del motor mencionadas
anteriormente Y el flujoacutemetro mide de manera fiacutesica el
consumo de combustible ya que este se conecta directamente
en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
Figura 7 Consumo de combustible del vehiacuteculo X
Por otra parte la Figura 8 muestra una comparacioacuten del
consumo de combustible entre los datos obtenidos por el
flujoacutemetro y los del fabricante
Figura 8 Comparacioacuten Consumo de combustible
7
Como se puede observar en la Figura 8 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo HWFET es
25 mayor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo FTP75 es 5 menor a los datos
del fabricante
Esta diferencia se debe a las condiciones a las cuales fueron
realizadas las pruebas Ya que no existe informacioacuten de la
metodologiacutea implementada por el fabricante
B Consumo de combustible vehiacuteculo Y
En la Tabla 6 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con los equipos de medicioacuten del vehiacuteculo Y
Tabla 6 Consumo de combustible del Vehiacuteculo Y
VEHIacuteCULO Y
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 609plusmn013
713plusmn03
3
[L100km]
FTP75 645plusmn010 790plusmn02
4
L100 km]
El consumo de combustible obtenido por el flujoacutemetro en el
ciclo de conduccioacuten HWFET es 17 menor al calculado por
el ELM327 Asiacute mismo la Figura 9 muestra que el consumo
proporcionado por el flujoacutemetro en el ciclo de conduccioacuten
FTP75 es 224 menor al brindado por el ELM 327
Figura 9 Consumo de combustible del vehiacuteculo Y
Como se puede observar en la Figura 10 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo FTP75 es
067 menor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo HWFET es 27 mayor a los
datos del fabricante
Figura 10 Comparacioacuten consumo de combustible
Si se considera el KVR (indicador de kiloacutemetros recorridos)
local que es 3604 kmdiacutea [12] se estima que el consumo de
combustible del vehiacuteculo X es 873 4 Lantildeo y del vehiacuteculo Y es
82223 Lantildeo
Como se puede observar en la Figura 11 el consumo de
combustible anual del vehiacuteculo X es 58 mayor al vehiacuteculo
Y Esto se debe a las caracteriacutesticas teacutecnicas de cada vehiacuteculo
ya que el vehiacuteculo X presente mayor cilindrada
Figura 11 Consumo de combustible anual
CONCLUSIONES
Para la estimacioacuten de consumo de combustible se utilizan
ciclos de conduccioacuten que representan la forma tiacutepica de
conduccioacuten en ciudad y carretera Las mediciones se llevaron a
cabo en dinamoacutemetro de chasis siguiendo ciclos de conduccioacuten
establecidos por la EPA el FTP75 y HWFET siendo estos los
maacutes representativos a nivel mundial
8
Al seguir la metodologiacutea de la norma ISO 10521 se
obtuvieron los coeficientes de carga de configuracioacuten del
dinamoacutemetro de chasis Los coeficientes para el vehiacuteculo X
son A=200214 [N] B=0475 [N(kmh)] y C= 0044
[N(kmh) 2] para el vehiacuteculo X son A=202300 [N]
B=0067[N(kmh)] y C igual a 0039 [N(kmh)2]
Para determinar el consumo de combustible se utilizaron dos
dispositivos flujoacutemetro e interfaz OBII siguiendo los ciclos de
conduccioacuten FTP75 y HWFET mediante un dinamoacutemetro de
chasis Se realizoacute un total de 20 pruebas en cada vehiacuteculo los
resultados obtenidos fueron Vehiacuteculo X flujoacutemetro 664
L100km y con ELM327 7765 L100km en el ciclo de
conduccioacuten HWFET De la misma manera para el ciclo de
conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 8377 L100km y con ELM327
9944 L100km En cuanto al vehiacuteculo Y los resultados
obtenidos fueron flujometro 609 L100km y con ELM327
713 L100km en el ciclo de conduccioacuten HWFET asiacute mismo
para el ciclo de conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 645 L100km y
con ELM327 790 L100km
Por otra parte se presenta una comparacioacuten entre dos
dispositivos de adquisicioacuten de flujo de combustible
(flujometro interfaz OBII) dando una diferencia porcentual
para el ciclo FTP75 de 1575 y para el HWFET de 1443
estas diferencias mayores se presentan en el vehiacuteculo X con la
interfaz OBII respecto al flujoacutemetro Asiacute mismo se presentan
diferencias porcentuales mayores para el ciclo de FTP75 de
1835 y para HWFET 1458 debido a que el primer
dispositivo (flujoacutemetro) brinda una medida fiacutesica mientras que
el segundo dispositivo (lector OBII) brinda una estimacioacuten de
flujo tomando en cuenta datos monitoreados por los sensores
Al comparar el consumo de combustible obtenido por los
dos sistemas de medicioacuten se obtuvo que para el vehiacuteculo X el
OBDII presenta un 317 mayor de consumo de combustible
en relacioacuten al del fabricante y un 144 mayor al obtenido por
el flujoacutemetro en el ciclo HWFET y para el ciclo FTP75 existe
una diferencia de 1046 mayor al del fabricante y 1579
mayor al obtenido por el flujoacutemetro (Figura 12)
Figura 12 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo X
En cuanto al vehiacuteculo Y el consumo de combustible
obtenido por el OBD II es 3828 mayor al del fabricante y
145 mayor al obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET y para el ciclo FTP75 hay una diferencia
de 1835 mayor al del fabricante y 177 mayor al obtenido
por el flujoacutemetro (Figura 13)
Figura 13 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo Y
Finalmente estos valores de consumo de combustible
contribuiraacuten a una base de datos que permitiraacute tener una
referencia del consumo de los vehiacuteculos que circulan en la
ciudad considerando las condiciones de la localidad de
Cuenca
Esta determinacioacuten de combustible puede ser utilizada como
una herramienta que ayude en la toma de decisiones para
instituciones encargadas del control del traacutensito vehicular
planteamiento de futuros estudios ambientales o nuevas
revaloraciones de los impuestos de circulacioacuten del vehiacuteculo en
la ciudad entre otras utilidades que se puedan dar
REFERENCIAS
[1] Organizacioacuten Mundial de la Salud (2003) Informe
sobre la Salud en el Mundo 2003 1ndash140 Retrieved
from
httpwwwwhointwhr2003enwhr03_espdfua=1
[2] US State Department (2014) US Climate Action
Report
[3] IEA 2013 CO2 Emissions from Fuel Combustion
2013 IEA Paris doi
httpdxdoiorg101787co2_fuel-2013-en (2014
accessed 20 February 2015)
[4] M Zhou H Jin and W Wang ldquoA review of vehicle
fuel consumption models to evaluate eco-driving and
eco-routingrdquo Transp Res Part D Transp Environ
vol 49 no 5 pp 203ndash218 2016
[5] J C Sierra ldquoEstimating road transport fuel
consumption in Ecuadorrdquo Energy Policy vol 92 pp
359ndash368 2016
9
[6] Instituto para la Diversificacioacuten y Ahorro de la Energia
Guiacutea de Vehiacuteculo de Turismo de venta en Espantildea con
indicacioacuten de consumos y emisiones de CO2
MADRID 2017
[7] EPA (19 de julio de 2017) Vehicle and Fuel
Emissions Testing Obtenido de Vehicle and Fuel
Emissions Testing httpswwwepagovvehicle-and-
fuel-emissions-testingdynamometer-drive-schedules
[8] V V C A Offices et alThe fuel consumption testing
scheme 2016 [online] Available
httpwwwdftgovukvcafcbnew-car-fuel
consumpasp
[9] E Zervas ldquoImpact of altitude on fuel consumption of a
gasoline passenger carrdquo Fuel vol 90 no 6 pp 2340ndash
2342 2011
[10] F E Quinchimbla Pisuntildea and J M Soliacutes Santamariacutea
ldquoDesarrollo De Ciclos De Conduccioacuten En Ciudad
Carretera Y Combinado Para Evaluar El Rendimiento
Real Del Combustible De Un Vehiacuteculo Con Motor De
Ciclo Otto En El Distrito Metropolitano De Quitordquo
Esc Politeacutecnica Nac p 163 2015
[11] B A Loyola E Sandoval and J Galvez ldquoAnaacutelisis de
consumo de combustible de los vehiacuteculos de categoriacutea
M1 que circulan en el Centro Histoacuterico de la ciudad de
Cuenca en horas de maacutexima demanda en funcioacuten de los
ciclos de conduccioacutenrdquo p 62 2016
[12] D Sarango and P Moncayo ldquoDeterminacioacuten del
indicador kiloacutemetros-vehiacuteculo recorrido (KVR) para la
ciudad de Cuencardquo p 94 2016
3
Las pruebas coastdown se llevaron a cabo en la provincia
del Azuay ciudad Cuenca parroquia Cumbe en la carretera
panamericana 35 Esta encuentra ubicada a 2639 msnm una
distancia total de 2 km aproximadamente y posee una
inclinacioacuten maacutexima de 24
A continuacioacuten se detallan algunos requisitos para realizar
las pruebas coastdown
- El vehiacuteculo debe estar en condiciones normales seguacuten
lo especificado por el fabricante es decir presioacuten de
los neumaacuteticos alineacioacuten de las ruedas altura del
vehiacuteculo lubricantes en el tren motriz y el ajuste de
los frenos para evitar la resistencia paraacutesita no
deseada
- Antes de la prueba el vehiacuteculo debe pre acondicionarse
adecuadamente para alcanzar la temperatura oacuteptima
de funcionamiento se recomienda conducir el
vehiacuteculo durante un periacuteodo de 30 minutos
- Durante la prueba de carretera cualquier cubierta del
sistema de ventilacioacuten de aire faros etc deberaacute estar
cerrada y el aire acondicionado apagado
- El movimiento del volante se debe evitar tanto como
sea posible y el vehiacuteculo no se operaraacute hasta el final
de la desaceleracioacuten
- Repetir la prueba teniendo cuidado de comenzar la
desaceleracioacuten a la misma velocidad y condiciones
previas
- Realizar el test de desaceleracioacuten libre en ambas
direcciones para eliminar la pendiente
- Si durante un test en una direccioacuten el conductor se ve
obligado a cambiar bruscamente la direccioacuten del
vehiacuteculo esta medicioacuten y la medida emparejada en la
direccioacuten opuesta seraacuten rechazadas
Para la obtencioacuten de los datos de velocidad y tiempo los
vehiacuteculos son instrumentados con un sistema de
posicionamiento global (GPS VBOX SPORT) con frecuencia
de 20Hz En la Figura 1 se aprecia la curva caracteriacutestica de la
prueba de desaceleracioacuten libre en donde disminuye la
velocidad en funcioacuten del tiempo
Figura 1 Test de desaceleracioacuten libre
Es necesario calcular la fuerza requerida en rueda para ello
se utiliza la ecuacioacuten 1
Ft= ((m + m r) 36) x 2 ∆V∆t (1)
En donde
m es la masa del vehiacuteculo de prueba incluidos el conductor y
los instrumentos en kilogramos (kg)
mr se puede estimar como el 3 de la masa del vehiacuteculo sin
carga
A partir de la Ecuacioacuten 1 se obtiene un valor de fuerza
respecto a cada valor de velocidad generando un diagrama
fuerza-velocidad se obtiene lo coeficientes de carga mediante
el meacutetodo de regresioacuten polinomial de segundo grado donde
obtendraacute
F= At+BtV+CtV2
(2)
At = [N]
Bt= [N (kmh)]
Ct = [N (kmh) 2]
En donde At Bt y Ct son los coeficientes de carga en
carretera ecuacioacuten 2
Definidos los coeficientes de carga en carretera es necesario
aplicar los factores de correccioacuten de acuerdo a la norma ISO
10521 (2) para esto se aplicaraacuten las ecuaciones 3 4 y 5
Ad = 05 x At [3]
Bd = 02 x Bt [4]
Cd = Ct [5]
En donde Ad Bd y Cd son los coeficientes de carga inicial
del rodillo del dinamoacutemetro de chasis
Previo a realizar las pruebas coastdown en el dinamoacutemetro
de chasis es necesario ingresar estos coeficientes que se
utilizaraacuten como configuracioacuten de carga inicial del rodillo
2) Pruebas coastdown en el dinamoacutemetro de chasis
El dinamoacutemetro de chasis utilizado para el test de
aceleracioacuten libre se puede observar en la Figura 2 El cual
posee un rodillo de 30rdquo de diaacutemetro capacidad para soportar
una velocidad maacutexima de 362 kmh una potencia maacutexima de
absorcioacuten de 1200 Hp y soporta un peso maacuteximo de 3629 kg
4
Figura 2 Dinamoacutemetro de chasis
Las pruebas se realizan bajo la norma ISO 10521 (1) donde
se efectuacutean pruebas de desaceleracioacuten libre para esto el
vehiacuteculo debe llegar a una velocidad de 100 kmh y dejar que
el vehiacuteculo se detenga por la carga generada en el rodillo Para
esto se debe colocar la caja de cambios en posicioacuten neutral
Para la obtencioacuten de los datos de velocidad y tiempo se
utiliza el software del banco dinamomeacutetrico el cual entrega
datos a 1Hz de frecuencia
Por otra parte es necesario calcular la fuerza requerida en
rueda para ello se utiliza la ecuacioacuten 6
Ft= ((m d + mrsquor) 36) x 2 ∆V∆t (6)
En donde
md es la masa de inercia equivalente del dinamoacutemetro del
chasis en kilogramos (kg)
mrsquor es la masa efectiva equivalente de las ruedas motrices y
componentes del vehiacuteculo que giran con las ruedas durante la
desaceleracioacuten en el dinamoacutemetro en kilogramos (kg) Se
puede estimar como el 15 de la masa del vehiacuteculo sin carga
De la misma manera con la ecuacioacuten 6 se obtiene un valor
de fuerza respecto a cada valor de velocidad generando un
diagrama fuerza-velocidad se obtiene los coeficientes de carga
mediante el meacutetodo de regresioacuten polinomial de segundo grado
donde obtendra
Fs= As+BsV+CsV2
(7)
As = [N]
Bs = [N (kmh)]
Cs = [N (kmh) 2 ]
En donde As Bs y Cs son los coeficientes de carga del
dinamoacutemetro de chasis ecuacioacuten 7
Para obtener los coeficientes finales de carga A B y C la
norma ISO 10521 (2) establece las ecuaciones 8 9 y 10
A = At + Ad ndash As [8]
B = Bt + Bd ndash Bs [9]
C = Ct + Cd ndash Cs [10]
Las siglas s t y d hacen referencia a simulate target y
dynamometer respectivamente
Estos seraacuten introducidos en el dinamoacutemetro de chasis para
realizar las pruebas de consumo de combustible
B Medicioacuten del consumo de combustible en dinamoacutemetro
de chasis
El procedimiento para la medicioacuten del consumo de
combustible es seguir las trayectorias de los ciclos de
conduccioacuten que se cargan en el dinamoacutemetro de chasis
considerando las condiciones de la localidad de Cuenca Para
esto se utilizan dos ciclos de conduccioacuten el FTP75 y el
HWFET
El FTP75 posee una distancia total 1104 millas (1777 km)
una velocidad media de 212 mph (3412 kmh) velocidad
maacutexima de 567 mph (9126 kmh) y una duracioacuten de 1874
segundos (Figura 3)
Figura 3 Prueba de laboratorio (Ciclo de conduccioacuten FTP75)
El HWFET posee una distancia total de 1026 millas (1645
km) una velocidad media de 483 mph (777 kmh) velocidad
maacutexima de 599 mph (964 kmh) y una duracioacuten de 765
segundos (Figura 4)
Figura 4 Prueba de laboratorio (ciclo de conduccioacuten HWFET)
Para obtener los datos del consumo de combustibles se
utilizan los siguientes equipos
5
1) Flujoacutemetro KVM 2012
Para esta medicioacuten se cuenta con un medidor de flujo de
combustible KVM 2012 con rango de operacioacuten de 20 a
100degC un rango de presioacuten de -1 a 16bar y capacidad para
medir un flujo de 15 a 500 Lh Este equipo se lo conecta
directamente en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
generando asiacute datos de consumo de combustible en tiempo real
2) Interface OBD II ELM327
Para esta medicioacuten se cuenta con un sistema de adquisicioacuten
de datos del motor a traveacutes del puerto de conexioacuten OBDII con
este equipo se puede estimar el consumo de combustible
mediante la relacioacuten de variables fiacutesicas como presioacuten en el
muacuteltiple de admisioacuten o flujo de aire de admisioacuten reacutegimen de
giro del motor temperatura del aire proporcioacuten de mezcla aire-
combustible etc
En la Figura 5 se puede observar en resumen la metodologiacutea
a seguir para la determinacioacuten del consumo de combustible
RESULTADOS
A partir de la regresioacuten polinomial de segundo grado se
obtuvieron tanto los coeficientes de carga en carretera como en
el dinamoacutemetro de chasis En la Figura 6 se aprecia la regresioacuten
polinomial donde se puede observar que a mayor velocidad
mayor seraacute la fuerza que se opone al movimiento del vehiacuteculo
Figura 6 Obtencioacuten de coeficientes de carga mediante
regresioacuten polinomial de segundo grado
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en carretera se describen en la tabla 2
Tabla 2 Coeficientes de carga en carretera
Vehiacuteculo X
At 435465 plusmn 27616 [N]
Bt 3109 plusmn 2821 [N(kmh)]
Ct
0038 plusmn 0029 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
At 380285 plusmn 161659 [N]
Bt 3350 plusmn 1809 [N(kmh)]
Ct 0024 plusmn 0015 [N(kmh)2]
Para este anaacutelisis no se consideraron los coeficientes de carga
inicial del rodillo Es decir Ad Bd Cd con valores de cero
Por lo que la ecuacioacuten final para determinar los coeficientes
A B y C es
A = At - As [11]
B = Bt - Bs [12]
C = Ct - Cs [13]
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en el dinamoacutemetro de chasis se describen en la
Tabla 3
Figura 5 Metodologiacutea consumo de combustible
6
Tabla 3 Coeficientes de carga en dinamoacutemetro de chasis
Vehiacuteculo X
As 235251 plusmn 10771 [N]
Bs 2663 plusmn 0443 [N(kmh)]
Cs -0006 plusmn 0004 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
As 177984 plusmn 7771 [N]
Bs 3283 plusmn 0677 [N(kmh)]
Cs -0014 plusmn 0005 [N(kmh)2]
Los coeficientes finales obtenidos se pueden observar en la
Tabla 4 Para lo cual se utilizaron las Ecuaciones 11 12 y 13
Tabla 4 Coeficientes de carga finales
Vehiacuteculo X
A 200214 [N]
B 0475 [N(kmh)]
C
0044 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
A 202300 [N]
B 0067 [N(kmh)]
C 0039 [N(kmh)2]
Se determinoacute el consumo de combustible de los vehiacuteculos
seleccionados siguiendo los ciclos de conduccioacuten HWFET Y
FTP75 Para esto se instrumentoacute a los vehiacuteculos con los
equipos mencionados anteriormente que son flujoacutemetro e
Interface OBDII ELM327
A Consumo de combustible del vehiacuteculo X
En la Tabla 5 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con cada equipo de medicioacuten
Tabla 5 Consumo de combustible vehiacuteculo X
VEHIacuteCULO X
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 6644plusmn005 7765plusmn00
7
[L100km]
FTP75 8377plusmn120 9944plusmn11
8
[L100km]
Como se puede observar en la Figura 7 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET es 169 menor al brindado por el ELM
327 Asiacute mismo el consumo en el ciclo de conduccioacuten FTP75
proporcionado por el flujometro es 18 menor al calculado por
el OBD II ELM327
Esta diferencia se debe a que el OBDII realiza un caacutelculo
considerando variables fiacutesicas del motor mencionadas
anteriormente Y el flujoacutemetro mide de manera fiacutesica el
consumo de combustible ya que este se conecta directamente
en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
Figura 7 Consumo de combustible del vehiacuteculo X
Por otra parte la Figura 8 muestra una comparacioacuten del
consumo de combustible entre los datos obtenidos por el
flujoacutemetro y los del fabricante
Figura 8 Comparacioacuten Consumo de combustible
7
Como se puede observar en la Figura 8 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo HWFET es
25 mayor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo FTP75 es 5 menor a los datos
del fabricante
Esta diferencia se debe a las condiciones a las cuales fueron
realizadas las pruebas Ya que no existe informacioacuten de la
metodologiacutea implementada por el fabricante
B Consumo de combustible vehiacuteculo Y
En la Tabla 6 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con los equipos de medicioacuten del vehiacuteculo Y
Tabla 6 Consumo de combustible del Vehiacuteculo Y
VEHIacuteCULO Y
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 609plusmn013
713plusmn03
3
[L100km]
FTP75 645plusmn010 790plusmn02
4
L100 km]
El consumo de combustible obtenido por el flujoacutemetro en el
ciclo de conduccioacuten HWFET es 17 menor al calculado por
el ELM327 Asiacute mismo la Figura 9 muestra que el consumo
proporcionado por el flujoacutemetro en el ciclo de conduccioacuten
FTP75 es 224 menor al brindado por el ELM 327
Figura 9 Consumo de combustible del vehiacuteculo Y
Como se puede observar en la Figura 10 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo FTP75 es
067 menor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo HWFET es 27 mayor a los
datos del fabricante
Figura 10 Comparacioacuten consumo de combustible
Si se considera el KVR (indicador de kiloacutemetros recorridos)
local que es 3604 kmdiacutea [12] se estima que el consumo de
combustible del vehiacuteculo X es 873 4 Lantildeo y del vehiacuteculo Y es
82223 Lantildeo
Como se puede observar en la Figura 11 el consumo de
combustible anual del vehiacuteculo X es 58 mayor al vehiacuteculo
Y Esto se debe a las caracteriacutesticas teacutecnicas de cada vehiacuteculo
ya que el vehiacuteculo X presente mayor cilindrada
Figura 11 Consumo de combustible anual
CONCLUSIONES
Para la estimacioacuten de consumo de combustible se utilizan
ciclos de conduccioacuten que representan la forma tiacutepica de
conduccioacuten en ciudad y carretera Las mediciones se llevaron a
cabo en dinamoacutemetro de chasis siguiendo ciclos de conduccioacuten
establecidos por la EPA el FTP75 y HWFET siendo estos los
maacutes representativos a nivel mundial
8
Al seguir la metodologiacutea de la norma ISO 10521 se
obtuvieron los coeficientes de carga de configuracioacuten del
dinamoacutemetro de chasis Los coeficientes para el vehiacuteculo X
son A=200214 [N] B=0475 [N(kmh)] y C= 0044
[N(kmh) 2] para el vehiacuteculo X son A=202300 [N]
B=0067[N(kmh)] y C igual a 0039 [N(kmh)2]
Para determinar el consumo de combustible se utilizaron dos
dispositivos flujoacutemetro e interfaz OBII siguiendo los ciclos de
conduccioacuten FTP75 y HWFET mediante un dinamoacutemetro de
chasis Se realizoacute un total de 20 pruebas en cada vehiacuteculo los
resultados obtenidos fueron Vehiacuteculo X flujoacutemetro 664
L100km y con ELM327 7765 L100km en el ciclo de
conduccioacuten HWFET De la misma manera para el ciclo de
conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 8377 L100km y con ELM327
9944 L100km En cuanto al vehiacuteculo Y los resultados
obtenidos fueron flujometro 609 L100km y con ELM327
713 L100km en el ciclo de conduccioacuten HWFET asiacute mismo
para el ciclo de conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 645 L100km y
con ELM327 790 L100km
Por otra parte se presenta una comparacioacuten entre dos
dispositivos de adquisicioacuten de flujo de combustible
(flujometro interfaz OBII) dando una diferencia porcentual
para el ciclo FTP75 de 1575 y para el HWFET de 1443
estas diferencias mayores se presentan en el vehiacuteculo X con la
interfaz OBII respecto al flujoacutemetro Asiacute mismo se presentan
diferencias porcentuales mayores para el ciclo de FTP75 de
1835 y para HWFET 1458 debido a que el primer
dispositivo (flujoacutemetro) brinda una medida fiacutesica mientras que
el segundo dispositivo (lector OBII) brinda una estimacioacuten de
flujo tomando en cuenta datos monitoreados por los sensores
Al comparar el consumo de combustible obtenido por los
dos sistemas de medicioacuten se obtuvo que para el vehiacuteculo X el
OBDII presenta un 317 mayor de consumo de combustible
en relacioacuten al del fabricante y un 144 mayor al obtenido por
el flujoacutemetro en el ciclo HWFET y para el ciclo FTP75 existe
una diferencia de 1046 mayor al del fabricante y 1579
mayor al obtenido por el flujoacutemetro (Figura 12)
Figura 12 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo X
En cuanto al vehiacuteculo Y el consumo de combustible
obtenido por el OBD II es 3828 mayor al del fabricante y
145 mayor al obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET y para el ciclo FTP75 hay una diferencia
de 1835 mayor al del fabricante y 177 mayor al obtenido
por el flujoacutemetro (Figura 13)
Figura 13 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo Y
Finalmente estos valores de consumo de combustible
contribuiraacuten a una base de datos que permitiraacute tener una
referencia del consumo de los vehiacuteculos que circulan en la
ciudad considerando las condiciones de la localidad de
Cuenca
Esta determinacioacuten de combustible puede ser utilizada como
una herramienta que ayude en la toma de decisiones para
instituciones encargadas del control del traacutensito vehicular
planteamiento de futuros estudios ambientales o nuevas
revaloraciones de los impuestos de circulacioacuten del vehiacuteculo en
la ciudad entre otras utilidades que se puedan dar
REFERENCIAS
[1] Organizacioacuten Mundial de la Salud (2003) Informe
sobre la Salud en el Mundo 2003 1ndash140 Retrieved
from
httpwwwwhointwhr2003enwhr03_espdfua=1
[2] US State Department (2014) US Climate Action
Report
[3] IEA 2013 CO2 Emissions from Fuel Combustion
2013 IEA Paris doi
httpdxdoiorg101787co2_fuel-2013-en (2014
accessed 20 February 2015)
[4] M Zhou H Jin and W Wang ldquoA review of vehicle
fuel consumption models to evaluate eco-driving and
eco-routingrdquo Transp Res Part D Transp Environ
vol 49 no 5 pp 203ndash218 2016
[5] J C Sierra ldquoEstimating road transport fuel
consumption in Ecuadorrdquo Energy Policy vol 92 pp
359ndash368 2016
9
[6] Instituto para la Diversificacioacuten y Ahorro de la Energia
Guiacutea de Vehiacuteculo de Turismo de venta en Espantildea con
indicacioacuten de consumos y emisiones de CO2
MADRID 2017
[7] EPA (19 de julio de 2017) Vehicle and Fuel
Emissions Testing Obtenido de Vehicle and Fuel
Emissions Testing httpswwwepagovvehicle-and-
fuel-emissions-testingdynamometer-drive-schedules
[8] V V C A Offices et alThe fuel consumption testing
scheme 2016 [online] Available
httpwwwdftgovukvcafcbnew-car-fuel
consumpasp
[9] E Zervas ldquoImpact of altitude on fuel consumption of a
gasoline passenger carrdquo Fuel vol 90 no 6 pp 2340ndash
2342 2011
[10] F E Quinchimbla Pisuntildea and J M Soliacutes Santamariacutea
ldquoDesarrollo De Ciclos De Conduccioacuten En Ciudad
Carretera Y Combinado Para Evaluar El Rendimiento
Real Del Combustible De Un Vehiacuteculo Con Motor De
Ciclo Otto En El Distrito Metropolitano De Quitordquo
Esc Politeacutecnica Nac p 163 2015
[11] B A Loyola E Sandoval and J Galvez ldquoAnaacutelisis de
consumo de combustible de los vehiacuteculos de categoriacutea
M1 que circulan en el Centro Histoacuterico de la ciudad de
Cuenca en horas de maacutexima demanda en funcioacuten de los
ciclos de conduccioacutenrdquo p 62 2016
[12] D Sarango and P Moncayo ldquoDeterminacioacuten del
indicador kiloacutemetros-vehiacuteculo recorrido (KVR) para la
ciudad de Cuencardquo p 94 2016
4
Figura 2 Dinamoacutemetro de chasis
Las pruebas se realizan bajo la norma ISO 10521 (1) donde
se efectuacutean pruebas de desaceleracioacuten libre para esto el
vehiacuteculo debe llegar a una velocidad de 100 kmh y dejar que
el vehiacuteculo se detenga por la carga generada en el rodillo Para
esto se debe colocar la caja de cambios en posicioacuten neutral
Para la obtencioacuten de los datos de velocidad y tiempo se
utiliza el software del banco dinamomeacutetrico el cual entrega
datos a 1Hz de frecuencia
Por otra parte es necesario calcular la fuerza requerida en
rueda para ello se utiliza la ecuacioacuten 6
Ft= ((m d + mrsquor) 36) x 2 ∆V∆t (6)
En donde
md es la masa de inercia equivalente del dinamoacutemetro del
chasis en kilogramos (kg)
mrsquor es la masa efectiva equivalente de las ruedas motrices y
componentes del vehiacuteculo que giran con las ruedas durante la
desaceleracioacuten en el dinamoacutemetro en kilogramos (kg) Se
puede estimar como el 15 de la masa del vehiacuteculo sin carga
De la misma manera con la ecuacioacuten 6 se obtiene un valor
de fuerza respecto a cada valor de velocidad generando un
diagrama fuerza-velocidad se obtiene los coeficientes de carga
mediante el meacutetodo de regresioacuten polinomial de segundo grado
donde obtendra
Fs= As+BsV+CsV2
(7)
As = [N]
Bs = [N (kmh)]
Cs = [N (kmh) 2 ]
En donde As Bs y Cs son los coeficientes de carga del
dinamoacutemetro de chasis ecuacioacuten 7
Para obtener los coeficientes finales de carga A B y C la
norma ISO 10521 (2) establece las ecuaciones 8 9 y 10
A = At + Ad ndash As [8]
B = Bt + Bd ndash Bs [9]
C = Ct + Cd ndash Cs [10]
Las siglas s t y d hacen referencia a simulate target y
dynamometer respectivamente
Estos seraacuten introducidos en el dinamoacutemetro de chasis para
realizar las pruebas de consumo de combustible
B Medicioacuten del consumo de combustible en dinamoacutemetro
de chasis
El procedimiento para la medicioacuten del consumo de
combustible es seguir las trayectorias de los ciclos de
conduccioacuten que se cargan en el dinamoacutemetro de chasis
considerando las condiciones de la localidad de Cuenca Para
esto se utilizan dos ciclos de conduccioacuten el FTP75 y el
HWFET
El FTP75 posee una distancia total 1104 millas (1777 km)
una velocidad media de 212 mph (3412 kmh) velocidad
maacutexima de 567 mph (9126 kmh) y una duracioacuten de 1874
segundos (Figura 3)
Figura 3 Prueba de laboratorio (Ciclo de conduccioacuten FTP75)
El HWFET posee una distancia total de 1026 millas (1645
km) una velocidad media de 483 mph (777 kmh) velocidad
maacutexima de 599 mph (964 kmh) y una duracioacuten de 765
segundos (Figura 4)
Figura 4 Prueba de laboratorio (ciclo de conduccioacuten HWFET)
Para obtener los datos del consumo de combustibles se
utilizan los siguientes equipos
5
1) Flujoacutemetro KVM 2012
Para esta medicioacuten se cuenta con un medidor de flujo de
combustible KVM 2012 con rango de operacioacuten de 20 a
100degC un rango de presioacuten de -1 a 16bar y capacidad para
medir un flujo de 15 a 500 Lh Este equipo se lo conecta
directamente en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
generando asiacute datos de consumo de combustible en tiempo real
2) Interface OBD II ELM327
Para esta medicioacuten se cuenta con un sistema de adquisicioacuten
de datos del motor a traveacutes del puerto de conexioacuten OBDII con
este equipo se puede estimar el consumo de combustible
mediante la relacioacuten de variables fiacutesicas como presioacuten en el
muacuteltiple de admisioacuten o flujo de aire de admisioacuten reacutegimen de
giro del motor temperatura del aire proporcioacuten de mezcla aire-
combustible etc
En la Figura 5 se puede observar en resumen la metodologiacutea
a seguir para la determinacioacuten del consumo de combustible
RESULTADOS
A partir de la regresioacuten polinomial de segundo grado se
obtuvieron tanto los coeficientes de carga en carretera como en
el dinamoacutemetro de chasis En la Figura 6 se aprecia la regresioacuten
polinomial donde se puede observar que a mayor velocidad
mayor seraacute la fuerza que se opone al movimiento del vehiacuteculo
Figura 6 Obtencioacuten de coeficientes de carga mediante
regresioacuten polinomial de segundo grado
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en carretera se describen en la tabla 2
Tabla 2 Coeficientes de carga en carretera
Vehiacuteculo X
At 435465 plusmn 27616 [N]
Bt 3109 plusmn 2821 [N(kmh)]
Ct
0038 plusmn 0029 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
At 380285 plusmn 161659 [N]
Bt 3350 plusmn 1809 [N(kmh)]
Ct 0024 plusmn 0015 [N(kmh)2]
Para este anaacutelisis no se consideraron los coeficientes de carga
inicial del rodillo Es decir Ad Bd Cd con valores de cero
Por lo que la ecuacioacuten final para determinar los coeficientes
A B y C es
A = At - As [11]
B = Bt - Bs [12]
C = Ct - Cs [13]
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en el dinamoacutemetro de chasis se describen en la
Tabla 3
Figura 5 Metodologiacutea consumo de combustible
6
Tabla 3 Coeficientes de carga en dinamoacutemetro de chasis
Vehiacuteculo X
As 235251 plusmn 10771 [N]
Bs 2663 plusmn 0443 [N(kmh)]
Cs -0006 plusmn 0004 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
As 177984 plusmn 7771 [N]
Bs 3283 plusmn 0677 [N(kmh)]
Cs -0014 plusmn 0005 [N(kmh)2]
Los coeficientes finales obtenidos se pueden observar en la
Tabla 4 Para lo cual se utilizaron las Ecuaciones 11 12 y 13
Tabla 4 Coeficientes de carga finales
Vehiacuteculo X
A 200214 [N]
B 0475 [N(kmh)]
C
0044 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
A 202300 [N]
B 0067 [N(kmh)]
C 0039 [N(kmh)2]
Se determinoacute el consumo de combustible de los vehiacuteculos
seleccionados siguiendo los ciclos de conduccioacuten HWFET Y
FTP75 Para esto se instrumentoacute a los vehiacuteculos con los
equipos mencionados anteriormente que son flujoacutemetro e
Interface OBDII ELM327
A Consumo de combustible del vehiacuteculo X
En la Tabla 5 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con cada equipo de medicioacuten
Tabla 5 Consumo de combustible vehiacuteculo X
VEHIacuteCULO X
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 6644plusmn005 7765plusmn00
7
[L100km]
FTP75 8377plusmn120 9944plusmn11
8
[L100km]
Como se puede observar en la Figura 7 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET es 169 menor al brindado por el ELM
327 Asiacute mismo el consumo en el ciclo de conduccioacuten FTP75
proporcionado por el flujometro es 18 menor al calculado por
el OBD II ELM327
Esta diferencia se debe a que el OBDII realiza un caacutelculo
considerando variables fiacutesicas del motor mencionadas
anteriormente Y el flujoacutemetro mide de manera fiacutesica el
consumo de combustible ya que este se conecta directamente
en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
Figura 7 Consumo de combustible del vehiacuteculo X
Por otra parte la Figura 8 muestra una comparacioacuten del
consumo de combustible entre los datos obtenidos por el
flujoacutemetro y los del fabricante
Figura 8 Comparacioacuten Consumo de combustible
7
Como se puede observar en la Figura 8 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo HWFET es
25 mayor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo FTP75 es 5 menor a los datos
del fabricante
Esta diferencia se debe a las condiciones a las cuales fueron
realizadas las pruebas Ya que no existe informacioacuten de la
metodologiacutea implementada por el fabricante
B Consumo de combustible vehiacuteculo Y
En la Tabla 6 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con los equipos de medicioacuten del vehiacuteculo Y
Tabla 6 Consumo de combustible del Vehiacuteculo Y
VEHIacuteCULO Y
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 609plusmn013
713plusmn03
3
[L100km]
FTP75 645plusmn010 790plusmn02
4
L100 km]
El consumo de combustible obtenido por el flujoacutemetro en el
ciclo de conduccioacuten HWFET es 17 menor al calculado por
el ELM327 Asiacute mismo la Figura 9 muestra que el consumo
proporcionado por el flujoacutemetro en el ciclo de conduccioacuten
FTP75 es 224 menor al brindado por el ELM 327
Figura 9 Consumo de combustible del vehiacuteculo Y
Como se puede observar en la Figura 10 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo FTP75 es
067 menor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo HWFET es 27 mayor a los
datos del fabricante
Figura 10 Comparacioacuten consumo de combustible
Si se considera el KVR (indicador de kiloacutemetros recorridos)
local que es 3604 kmdiacutea [12] se estima que el consumo de
combustible del vehiacuteculo X es 873 4 Lantildeo y del vehiacuteculo Y es
82223 Lantildeo
Como se puede observar en la Figura 11 el consumo de
combustible anual del vehiacuteculo X es 58 mayor al vehiacuteculo
Y Esto se debe a las caracteriacutesticas teacutecnicas de cada vehiacuteculo
ya que el vehiacuteculo X presente mayor cilindrada
Figura 11 Consumo de combustible anual
CONCLUSIONES
Para la estimacioacuten de consumo de combustible se utilizan
ciclos de conduccioacuten que representan la forma tiacutepica de
conduccioacuten en ciudad y carretera Las mediciones se llevaron a
cabo en dinamoacutemetro de chasis siguiendo ciclos de conduccioacuten
establecidos por la EPA el FTP75 y HWFET siendo estos los
maacutes representativos a nivel mundial
8
Al seguir la metodologiacutea de la norma ISO 10521 se
obtuvieron los coeficientes de carga de configuracioacuten del
dinamoacutemetro de chasis Los coeficientes para el vehiacuteculo X
son A=200214 [N] B=0475 [N(kmh)] y C= 0044
[N(kmh) 2] para el vehiacuteculo X son A=202300 [N]
B=0067[N(kmh)] y C igual a 0039 [N(kmh)2]
Para determinar el consumo de combustible se utilizaron dos
dispositivos flujoacutemetro e interfaz OBII siguiendo los ciclos de
conduccioacuten FTP75 y HWFET mediante un dinamoacutemetro de
chasis Se realizoacute un total de 20 pruebas en cada vehiacuteculo los
resultados obtenidos fueron Vehiacuteculo X flujoacutemetro 664
L100km y con ELM327 7765 L100km en el ciclo de
conduccioacuten HWFET De la misma manera para el ciclo de
conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 8377 L100km y con ELM327
9944 L100km En cuanto al vehiacuteculo Y los resultados
obtenidos fueron flujometro 609 L100km y con ELM327
713 L100km en el ciclo de conduccioacuten HWFET asiacute mismo
para el ciclo de conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 645 L100km y
con ELM327 790 L100km
Por otra parte se presenta una comparacioacuten entre dos
dispositivos de adquisicioacuten de flujo de combustible
(flujometro interfaz OBII) dando una diferencia porcentual
para el ciclo FTP75 de 1575 y para el HWFET de 1443
estas diferencias mayores se presentan en el vehiacuteculo X con la
interfaz OBII respecto al flujoacutemetro Asiacute mismo se presentan
diferencias porcentuales mayores para el ciclo de FTP75 de
1835 y para HWFET 1458 debido a que el primer
dispositivo (flujoacutemetro) brinda una medida fiacutesica mientras que
el segundo dispositivo (lector OBII) brinda una estimacioacuten de
flujo tomando en cuenta datos monitoreados por los sensores
Al comparar el consumo de combustible obtenido por los
dos sistemas de medicioacuten se obtuvo que para el vehiacuteculo X el
OBDII presenta un 317 mayor de consumo de combustible
en relacioacuten al del fabricante y un 144 mayor al obtenido por
el flujoacutemetro en el ciclo HWFET y para el ciclo FTP75 existe
una diferencia de 1046 mayor al del fabricante y 1579
mayor al obtenido por el flujoacutemetro (Figura 12)
Figura 12 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo X
En cuanto al vehiacuteculo Y el consumo de combustible
obtenido por el OBD II es 3828 mayor al del fabricante y
145 mayor al obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET y para el ciclo FTP75 hay una diferencia
de 1835 mayor al del fabricante y 177 mayor al obtenido
por el flujoacutemetro (Figura 13)
Figura 13 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo Y
Finalmente estos valores de consumo de combustible
contribuiraacuten a una base de datos que permitiraacute tener una
referencia del consumo de los vehiacuteculos que circulan en la
ciudad considerando las condiciones de la localidad de
Cuenca
Esta determinacioacuten de combustible puede ser utilizada como
una herramienta que ayude en la toma de decisiones para
instituciones encargadas del control del traacutensito vehicular
planteamiento de futuros estudios ambientales o nuevas
revaloraciones de los impuestos de circulacioacuten del vehiacuteculo en
la ciudad entre otras utilidades que se puedan dar
REFERENCIAS
[1] Organizacioacuten Mundial de la Salud (2003) Informe
sobre la Salud en el Mundo 2003 1ndash140 Retrieved
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[2] US State Department (2014) US Climate Action
Report
[3] IEA 2013 CO2 Emissions from Fuel Combustion
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[4] M Zhou H Jin and W Wang ldquoA review of vehicle
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[5] J C Sierra ldquoEstimating road transport fuel
consumption in Ecuadorrdquo Energy Policy vol 92 pp
359ndash368 2016
9
[6] Instituto para la Diversificacioacuten y Ahorro de la Energia
Guiacutea de Vehiacuteculo de Turismo de venta en Espantildea con
indicacioacuten de consumos y emisiones de CO2
MADRID 2017
[7] EPA (19 de julio de 2017) Vehicle and Fuel
Emissions Testing Obtenido de Vehicle and Fuel
Emissions Testing httpswwwepagovvehicle-and-
fuel-emissions-testingdynamometer-drive-schedules
[8] V V C A Offices et alThe fuel consumption testing
scheme 2016 [online] Available
httpwwwdftgovukvcafcbnew-car-fuel
consumpasp
[9] E Zervas ldquoImpact of altitude on fuel consumption of a
gasoline passenger carrdquo Fuel vol 90 no 6 pp 2340ndash
2342 2011
[10] F E Quinchimbla Pisuntildea and J M Soliacutes Santamariacutea
ldquoDesarrollo De Ciclos De Conduccioacuten En Ciudad
Carretera Y Combinado Para Evaluar El Rendimiento
Real Del Combustible De Un Vehiacuteculo Con Motor De
Ciclo Otto En El Distrito Metropolitano De Quitordquo
Esc Politeacutecnica Nac p 163 2015
[11] B A Loyola E Sandoval and J Galvez ldquoAnaacutelisis de
consumo de combustible de los vehiacuteculos de categoriacutea
M1 que circulan en el Centro Histoacuterico de la ciudad de
Cuenca en horas de maacutexima demanda en funcioacuten de los
ciclos de conduccioacutenrdquo p 62 2016
[12] D Sarango and P Moncayo ldquoDeterminacioacuten del
indicador kiloacutemetros-vehiacuteculo recorrido (KVR) para la
ciudad de Cuencardquo p 94 2016
5
1) Flujoacutemetro KVM 2012
Para esta medicioacuten se cuenta con un medidor de flujo de
combustible KVM 2012 con rango de operacioacuten de 20 a
100degC un rango de presioacuten de -1 a 16bar y capacidad para
medir un flujo de 15 a 500 Lh Este equipo se lo conecta
directamente en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
generando asiacute datos de consumo de combustible en tiempo real
2) Interface OBD II ELM327
Para esta medicioacuten se cuenta con un sistema de adquisicioacuten
de datos del motor a traveacutes del puerto de conexioacuten OBDII con
este equipo se puede estimar el consumo de combustible
mediante la relacioacuten de variables fiacutesicas como presioacuten en el
muacuteltiple de admisioacuten o flujo de aire de admisioacuten reacutegimen de
giro del motor temperatura del aire proporcioacuten de mezcla aire-
combustible etc
En la Figura 5 se puede observar en resumen la metodologiacutea
a seguir para la determinacioacuten del consumo de combustible
RESULTADOS
A partir de la regresioacuten polinomial de segundo grado se
obtuvieron tanto los coeficientes de carga en carretera como en
el dinamoacutemetro de chasis En la Figura 6 se aprecia la regresioacuten
polinomial donde se puede observar que a mayor velocidad
mayor seraacute la fuerza que se opone al movimiento del vehiacuteculo
Figura 6 Obtencioacuten de coeficientes de carga mediante
regresioacuten polinomial de segundo grado
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en carretera se describen en la tabla 2
Tabla 2 Coeficientes de carga en carretera
Vehiacuteculo X
At 435465 plusmn 27616 [N]
Bt 3109 plusmn 2821 [N(kmh)]
Ct
0038 plusmn 0029 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
At 380285 plusmn 161659 [N]
Bt 3350 plusmn 1809 [N(kmh)]
Ct 0024 plusmn 0015 [N(kmh)2]
Para este anaacutelisis no se consideraron los coeficientes de carga
inicial del rodillo Es decir Ad Bd Cd con valores de cero
Por lo que la ecuacioacuten final para determinar los coeficientes
A B y C es
A = At - As [11]
B = Bt - Bs [12]
C = Ct - Cs [13]
Los coeficientes de carga obtenidos de las pruebas
coastdown en el dinamoacutemetro de chasis se describen en la
Tabla 3
Figura 5 Metodologiacutea consumo de combustible
6
Tabla 3 Coeficientes de carga en dinamoacutemetro de chasis
Vehiacuteculo X
As 235251 plusmn 10771 [N]
Bs 2663 plusmn 0443 [N(kmh)]
Cs -0006 plusmn 0004 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
As 177984 plusmn 7771 [N]
Bs 3283 plusmn 0677 [N(kmh)]
Cs -0014 plusmn 0005 [N(kmh)2]
Los coeficientes finales obtenidos se pueden observar en la
Tabla 4 Para lo cual se utilizaron las Ecuaciones 11 12 y 13
Tabla 4 Coeficientes de carga finales
Vehiacuteculo X
A 200214 [N]
B 0475 [N(kmh)]
C
0044 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
A 202300 [N]
B 0067 [N(kmh)]
C 0039 [N(kmh)2]
Se determinoacute el consumo de combustible de los vehiacuteculos
seleccionados siguiendo los ciclos de conduccioacuten HWFET Y
FTP75 Para esto se instrumentoacute a los vehiacuteculos con los
equipos mencionados anteriormente que son flujoacutemetro e
Interface OBDII ELM327
A Consumo de combustible del vehiacuteculo X
En la Tabla 5 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con cada equipo de medicioacuten
Tabla 5 Consumo de combustible vehiacuteculo X
VEHIacuteCULO X
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 6644plusmn005 7765plusmn00
7
[L100km]
FTP75 8377plusmn120 9944plusmn11
8
[L100km]
Como se puede observar en la Figura 7 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET es 169 menor al brindado por el ELM
327 Asiacute mismo el consumo en el ciclo de conduccioacuten FTP75
proporcionado por el flujometro es 18 menor al calculado por
el OBD II ELM327
Esta diferencia se debe a que el OBDII realiza un caacutelculo
considerando variables fiacutesicas del motor mencionadas
anteriormente Y el flujoacutemetro mide de manera fiacutesica el
consumo de combustible ya que este se conecta directamente
en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
Figura 7 Consumo de combustible del vehiacuteculo X
Por otra parte la Figura 8 muestra una comparacioacuten del
consumo de combustible entre los datos obtenidos por el
flujoacutemetro y los del fabricante
Figura 8 Comparacioacuten Consumo de combustible
7
Como se puede observar en la Figura 8 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo HWFET es
25 mayor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo FTP75 es 5 menor a los datos
del fabricante
Esta diferencia se debe a las condiciones a las cuales fueron
realizadas las pruebas Ya que no existe informacioacuten de la
metodologiacutea implementada por el fabricante
B Consumo de combustible vehiacuteculo Y
En la Tabla 6 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con los equipos de medicioacuten del vehiacuteculo Y
Tabla 6 Consumo de combustible del Vehiacuteculo Y
VEHIacuteCULO Y
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 609plusmn013
713plusmn03
3
[L100km]
FTP75 645plusmn010 790plusmn02
4
L100 km]
El consumo de combustible obtenido por el flujoacutemetro en el
ciclo de conduccioacuten HWFET es 17 menor al calculado por
el ELM327 Asiacute mismo la Figura 9 muestra que el consumo
proporcionado por el flujoacutemetro en el ciclo de conduccioacuten
FTP75 es 224 menor al brindado por el ELM 327
Figura 9 Consumo de combustible del vehiacuteculo Y
Como se puede observar en la Figura 10 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo FTP75 es
067 menor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo HWFET es 27 mayor a los
datos del fabricante
Figura 10 Comparacioacuten consumo de combustible
Si se considera el KVR (indicador de kiloacutemetros recorridos)
local que es 3604 kmdiacutea [12] se estima que el consumo de
combustible del vehiacuteculo X es 873 4 Lantildeo y del vehiacuteculo Y es
82223 Lantildeo
Como se puede observar en la Figura 11 el consumo de
combustible anual del vehiacuteculo X es 58 mayor al vehiacuteculo
Y Esto se debe a las caracteriacutesticas teacutecnicas de cada vehiacuteculo
ya que el vehiacuteculo X presente mayor cilindrada
Figura 11 Consumo de combustible anual
CONCLUSIONES
Para la estimacioacuten de consumo de combustible se utilizan
ciclos de conduccioacuten que representan la forma tiacutepica de
conduccioacuten en ciudad y carretera Las mediciones se llevaron a
cabo en dinamoacutemetro de chasis siguiendo ciclos de conduccioacuten
establecidos por la EPA el FTP75 y HWFET siendo estos los
maacutes representativos a nivel mundial
8
Al seguir la metodologiacutea de la norma ISO 10521 se
obtuvieron los coeficientes de carga de configuracioacuten del
dinamoacutemetro de chasis Los coeficientes para el vehiacuteculo X
son A=200214 [N] B=0475 [N(kmh)] y C= 0044
[N(kmh) 2] para el vehiacuteculo X son A=202300 [N]
B=0067[N(kmh)] y C igual a 0039 [N(kmh)2]
Para determinar el consumo de combustible se utilizaron dos
dispositivos flujoacutemetro e interfaz OBII siguiendo los ciclos de
conduccioacuten FTP75 y HWFET mediante un dinamoacutemetro de
chasis Se realizoacute un total de 20 pruebas en cada vehiacuteculo los
resultados obtenidos fueron Vehiacuteculo X flujoacutemetro 664
L100km y con ELM327 7765 L100km en el ciclo de
conduccioacuten HWFET De la misma manera para el ciclo de
conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 8377 L100km y con ELM327
9944 L100km En cuanto al vehiacuteculo Y los resultados
obtenidos fueron flujometro 609 L100km y con ELM327
713 L100km en el ciclo de conduccioacuten HWFET asiacute mismo
para el ciclo de conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 645 L100km y
con ELM327 790 L100km
Por otra parte se presenta una comparacioacuten entre dos
dispositivos de adquisicioacuten de flujo de combustible
(flujometro interfaz OBII) dando una diferencia porcentual
para el ciclo FTP75 de 1575 y para el HWFET de 1443
estas diferencias mayores se presentan en el vehiacuteculo X con la
interfaz OBII respecto al flujoacutemetro Asiacute mismo se presentan
diferencias porcentuales mayores para el ciclo de FTP75 de
1835 y para HWFET 1458 debido a que el primer
dispositivo (flujoacutemetro) brinda una medida fiacutesica mientras que
el segundo dispositivo (lector OBII) brinda una estimacioacuten de
flujo tomando en cuenta datos monitoreados por los sensores
Al comparar el consumo de combustible obtenido por los
dos sistemas de medicioacuten se obtuvo que para el vehiacuteculo X el
OBDII presenta un 317 mayor de consumo de combustible
en relacioacuten al del fabricante y un 144 mayor al obtenido por
el flujoacutemetro en el ciclo HWFET y para el ciclo FTP75 existe
una diferencia de 1046 mayor al del fabricante y 1579
mayor al obtenido por el flujoacutemetro (Figura 12)
Figura 12 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo X
En cuanto al vehiacuteculo Y el consumo de combustible
obtenido por el OBD II es 3828 mayor al del fabricante y
145 mayor al obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET y para el ciclo FTP75 hay una diferencia
de 1835 mayor al del fabricante y 177 mayor al obtenido
por el flujoacutemetro (Figura 13)
Figura 13 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo Y
Finalmente estos valores de consumo de combustible
contribuiraacuten a una base de datos que permitiraacute tener una
referencia del consumo de los vehiacuteculos que circulan en la
ciudad considerando las condiciones de la localidad de
Cuenca
Esta determinacioacuten de combustible puede ser utilizada como
una herramienta que ayude en la toma de decisiones para
instituciones encargadas del control del traacutensito vehicular
planteamiento de futuros estudios ambientales o nuevas
revaloraciones de los impuestos de circulacioacuten del vehiacuteculo en
la ciudad entre otras utilidades que se puedan dar
REFERENCIAS
[1] Organizacioacuten Mundial de la Salud (2003) Informe
sobre la Salud en el Mundo 2003 1ndash140 Retrieved
from
httpwwwwhointwhr2003enwhr03_espdfua=1
[2] US State Department (2014) US Climate Action
Report
[3] IEA 2013 CO2 Emissions from Fuel Combustion
2013 IEA Paris doi
httpdxdoiorg101787co2_fuel-2013-en (2014
accessed 20 February 2015)
[4] M Zhou H Jin and W Wang ldquoA review of vehicle
fuel consumption models to evaluate eco-driving and
eco-routingrdquo Transp Res Part D Transp Environ
vol 49 no 5 pp 203ndash218 2016
[5] J C Sierra ldquoEstimating road transport fuel
consumption in Ecuadorrdquo Energy Policy vol 92 pp
359ndash368 2016
9
[6] Instituto para la Diversificacioacuten y Ahorro de la Energia
Guiacutea de Vehiacuteculo de Turismo de venta en Espantildea con
indicacioacuten de consumos y emisiones de CO2
MADRID 2017
[7] EPA (19 de julio de 2017) Vehicle and Fuel
Emissions Testing Obtenido de Vehicle and Fuel
Emissions Testing httpswwwepagovvehicle-and-
fuel-emissions-testingdynamometer-drive-schedules
[8] V V C A Offices et alThe fuel consumption testing
scheme 2016 [online] Available
httpwwwdftgovukvcafcbnew-car-fuel
consumpasp
[9] E Zervas ldquoImpact of altitude on fuel consumption of a
gasoline passenger carrdquo Fuel vol 90 no 6 pp 2340ndash
2342 2011
[10] F E Quinchimbla Pisuntildea and J M Soliacutes Santamariacutea
ldquoDesarrollo De Ciclos De Conduccioacuten En Ciudad
Carretera Y Combinado Para Evaluar El Rendimiento
Real Del Combustible De Un Vehiacuteculo Con Motor De
Ciclo Otto En El Distrito Metropolitano De Quitordquo
Esc Politeacutecnica Nac p 163 2015
[11] B A Loyola E Sandoval and J Galvez ldquoAnaacutelisis de
consumo de combustible de los vehiacuteculos de categoriacutea
M1 que circulan en el Centro Histoacuterico de la ciudad de
Cuenca en horas de maacutexima demanda en funcioacuten de los
ciclos de conduccioacutenrdquo p 62 2016
[12] D Sarango and P Moncayo ldquoDeterminacioacuten del
indicador kiloacutemetros-vehiacuteculo recorrido (KVR) para la
ciudad de Cuencardquo p 94 2016
6
Tabla 3 Coeficientes de carga en dinamoacutemetro de chasis
Vehiacuteculo X
As 235251 plusmn 10771 [N]
Bs 2663 plusmn 0443 [N(kmh)]
Cs -0006 plusmn 0004 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
As 177984 plusmn 7771 [N]
Bs 3283 plusmn 0677 [N(kmh)]
Cs -0014 plusmn 0005 [N(kmh)2]
Los coeficientes finales obtenidos se pueden observar en la
Tabla 4 Para lo cual se utilizaron las Ecuaciones 11 12 y 13
Tabla 4 Coeficientes de carga finales
Vehiacuteculo X
A 200214 [N]
B 0475 [N(kmh)]
C
0044 [N(kmh)2]
Vehiacuteculo Y
A 202300 [N]
B 0067 [N(kmh)]
C 0039 [N(kmh)2]
Se determinoacute el consumo de combustible de los vehiacuteculos
seleccionados siguiendo los ciclos de conduccioacuten HWFET Y
FTP75 Para esto se instrumentoacute a los vehiacuteculos con los
equipos mencionados anteriormente que son flujoacutemetro e
Interface OBDII ELM327
A Consumo de combustible del vehiacuteculo X
En la Tabla 5 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con cada equipo de medicioacuten
Tabla 5 Consumo de combustible vehiacuteculo X
VEHIacuteCULO X
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 6644plusmn005 7765plusmn00
7
[L100km]
FTP75 8377plusmn120 9944plusmn11
8
[L100km]
Como se puede observar en la Figura 7 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET es 169 menor al brindado por el ELM
327 Asiacute mismo el consumo en el ciclo de conduccioacuten FTP75
proporcionado por el flujometro es 18 menor al calculado por
el OBD II ELM327
Esta diferencia se debe a que el OBDII realiza un caacutelculo
considerando variables fiacutesicas del motor mencionadas
anteriormente Y el flujoacutemetro mide de manera fiacutesica el
consumo de combustible ya que este se conecta directamente
en el sistema de alimentacioacuten del vehiacuteculo
Figura 7 Consumo de combustible del vehiacuteculo X
Por otra parte la Figura 8 muestra una comparacioacuten del
consumo de combustible entre los datos obtenidos por el
flujoacutemetro y los del fabricante
Figura 8 Comparacioacuten Consumo de combustible
7
Como se puede observar en la Figura 8 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo HWFET es
25 mayor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo FTP75 es 5 menor a los datos
del fabricante
Esta diferencia se debe a las condiciones a las cuales fueron
realizadas las pruebas Ya que no existe informacioacuten de la
metodologiacutea implementada por el fabricante
B Consumo de combustible vehiacuteculo Y
En la Tabla 6 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con los equipos de medicioacuten del vehiacuteculo Y
Tabla 6 Consumo de combustible del Vehiacuteculo Y
VEHIacuteCULO Y
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 609plusmn013
713plusmn03
3
[L100km]
FTP75 645plusmn010 790plusmn02
4
L100 km]
El consumo de combustible obtenido por el flujoacutemetro en el
ciclo de conduccioacuten HWFET es 17 menor al calculado por
el ELM327 Asiacute mismo la Figura 9 muestra que el consumo
proporcionado por el flujoacutemetro en el ciclo de conduccioacuten
FTP75 es 224 menor al brindado por el ELM 327
Figura 9 Consumo de combustible del vehiacuteculo Y
Como se puede observar en la Figura 10 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo FTP75 es
067 menor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo HWFET es 27 mayor a los
datos del fabricante
Figura 10 Comparacioacuten consumo de combustible
Si se considera el KVR (indicador de kiloacutemetros recorridos)
local que es 3604 kmdiacutea [12] se estima que el consumo de
combustible del vehiacuteculo X es 873 4 Lantildeo y del vehiacuteculo Y es
82223 Lantildeo
Como se puede observar en la Figura 11 el consumo de
combustible anual del vehiacuteculo X es 58 mayor al vehiacuteculo
Y Esto se debe a las caracteriacutesticas teacutecnicas de cada vehiacuteculo
ya que el vehiacuteculo X presente mayor cilindrada
Figura 11 Consumo de combustible anual
CONCLUSIONES
Para la estimacioacuten de consumo de combustible se utilizan
ciclos de conduccioacuten que representan la forma tiacutepica de
conduccioacuten en ciudad y carretera Las mediciones se llevaron a
cabo en dinamoacutemetro de chasis siguiendo ciclos de conduccioacuten
establecidos por la EPA el FTP75 y HWFET siendo estos los
maacutes representativos a nivel mundial
8
Al seguir la metodologiacutea de la norma ISO 10521 se
obtuvieron los coeficientes de carga de configuracioacuten del
dinamoacutemetro de chasis Los coeficientes para el vehiacuteculo X
son A=200214 [N] B=0475 [N(kmh)] y C= 0044
[N(kmh) 2] para el vehiacuteculo X son A=202300 [N]
B=0067[N(kmh)] y C igual a 0039 [N(kmh)2]
Para determinar el consumo de combustible se utilizaron dos
dispositivos flujoacutemetro e interfaz OBII siguiendo los ciclos de
conduccioacuten FTP75 y HWFET mediante un dinamoacutemetro de
chasis Se realizoacute un total de 20 pruebas en cada vehiacuteculo los
resultados obtenidos fueron Vehiacuteculo X flujoacutemetro 664
L100km y con ELM327 7765 L100km en el ciclo de
conduccioacuten HWFET De la misma manera para el ciclo de
conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 8377 L100km y con ELM327
9944 L100km En cuanto al vehiacuteculo Y los resultados
obtenidos fueron flujometro 609 L100km y con ELM327
713 L100km en el ciclo de conduccioacuten HWFET asiacute mismo
para el ciclo de conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 645 L100km y
con ELM327 790 L100km
Por otra parte se presenta una comparacioacuten entre dos
dispositivos de adquisicioacuten de flujo de combustible
(flujometro interfaz OBII) dando una diferencia porcentual
para el ciclo FTP75 de 1575 y para el HWFET de 1443
estas diferencias mayores se presentan en el vehiacuteculo X con la
interfaz OBII respecto al flujoacutemetro Asiacute mismo se presentan
diferencias porcentuales mayores para el ciclo de FTP75 de
1835 y para HWFET 1458 debido a que el primer
dispositivo (flujoacutemetro) brinda una medida fiacutesica mientras que
el segundo dispositivo (lector OBII) brinda una estimacioacuten de
flujo tomando en cuenta datos monitoreados por los sensores
Al comparar el consumo de combustible obtenido por los
dos sistemas de medicioacuten se obtuvo que para el vehiacuteculo X el
OBDII presenta un 317 mayor de consumo de combustible
en relacioacuten al del fabricante y un 144 mayor al obtenido por
el flujoacutemetro en el ciclo HWFET y para el ciclo FTP75 existe
una diferencia de 1046 mayor al del fabricante y 1579
mayor al obtenido por el flujoacutemetro (Figura 12)
Figura 12 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo X
En cuanto al vehiacuteculo Y el consumo de combustible
obtenido por el OBD II es 3828 mayor al del fabricante y
145 mayor al obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET y para el ciclo FTP75 hay una diferencia
de 1835 mayor al del fabricante y 177 mayor al obtenido
por el flujoacutemetro (Figura 13)
Figura 13 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo Y
Finalmente estos valores de consumo de combustible
contribuiraacuten a una base de datos que permitiraacute tener una
referencia del consumo de los vehiacuteculos que circulan en la
ciudad considerando las condiciones de la localidad de
Cuenca
Esta determinacioacuten de combustible puede ser utilizada como
una herramienta que ayude en la toma de decisiones para
instituciones encargadas del control del traacutensito vehicular
planteamiento de futuros estudios ambientales o nuevas
revaloraciones de los impuestos de circulacioacuten del vehiacuteculo en
la ciudad entre otras utilidades que se puedan dar
REFERENCIAS
[1] Organizacioacuten Mundial de la Salud (2003) Informe
sobre la Salud en el Mundo 2003 1ndash140 Retrieved
from
httpwwwwhointwhr2003enwhr03_espdfua=1
[2] US State Department (2014) US Climate Action
Report
[3] IEA 2013 CO2 Emissions from Fuel Combustion
2013 IEA Paris doi
httpdxdoiorg101787co2_fuel-2013-en (2014
accessed 20 February 2015)
[4] M Zhou H Jin and W Wang ldquoA review of vehicle
fuel consumption models to evaluate eco-driving and
eco-routingrdquo Transp Res Part D Transp Environ
vol 49 no 5 pp 203ndash218 2016
[5] J C Sierra ldquoEstimating road transport fuel
consumption in Ecuadorrdquo Energy Policy vol 92 pp
359ndash368 2016
9
[6] Instituto para la Diversificacioacuten y Ahorro de la Energia
Guiacutea de Vehiacuteculo de Turismo de venta en Espantildea con
indicacioacuten de consumos y emisiones de CO2
MADRID 2017
[7] EPA (19 de julio de 2017) Vehicle and Fuel
Emissions Testing Obtenido de Vehicle and Fuel
Emissions Testing httpswwwepagovvehicle-and-
fuel-emissions-testingdynamometer-drive-schedules
[8] V V C A Offices et alThe fuel consumption testing
scheme 2016 [online] Available
httpwwwdftgovukvcafcbnew-car-fuel
consumpasp
[9] E Zervas ldquoImpact of altitude on fuel consumption of a
gasoline passenger carrdquo Fuel vol 90 no 6 pp 2340ndash
2342 2011
[10] F E Quinchimbla Pisuntildea and J M Soliacutes Santamariacutea
ldquoDesarrollo De Ciclos De Conduccioacuten En Ciudad
Carretera Y Combinado Para Evaluar El Rendimiento
Real Del Combustible De Un Vehiacuteculo Con Motor De
Ciclo Otto En El Distrito Metropolitano De Quitordquo
Esc Politeacutecnica Nac p 163 2015
[11] B A Loyola E Sandoval and J Galvez ldquoAnaacutelisis de
consumo de combustible de los vehiacuteculos de categoriacutea
M1 que circulan en el Centro Histoacuterico de la ciudad de
Cuenca en horas de maacutexima demanda en funcioacuten de los
ciclos de conduccioacutenrdquo p 62 2016
[12] D Sarango and P Moncayo ldquoDeterminacioacuten del
indicador kiloacutemetros-vehiacuteculo recorrido (KVR) para la
ciudad de Cuencardquo p 94 2016
7
Como se puede observar en la Figura 8 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo HWFET es
25 mayor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo FTP75 es 5 menor a los datos
del fabricante
Esta diferencia se debe a las condiciones a las cuales fueron
realizadas las pruebas Ya que no existe informacioacuten de la
metodologiacutea implementada por el fabricante
B Consumo de combustible vehiacuteculo Y
En la Tabla 6 se puede observar el consumo de combustible
obtenido con los equipos de medicioacuten del vehiacuteculo Y
Tabla 6 Consumo de combustible del Vehiacuteculo Y
VEHIacuteCULO Y
CICLO DE
CONDUCCIOacuteN
Equipos
Unidades
KVM 2012 ELM 327
HWFET 609plusmn013
713plusmn03
3
[L100km]
FTP75 645plusmn010 790plusmn02
4
L100 km]
El consumo de combustible obtenido por el flujoacutemetro en el
ciclo de conduccioacuten HWFET es 17 menor al calculado por
el ELM327 Asiacute mismo la Figura 9 muestra que el consumo
proporcionado por el flujoacutemetro en el ciclo de conduccioacuten
FTP75 es 224 menor al brindado por el ELM 327
Figura 9 Consumo de combustible del vehiacuteculo Y
Como se puede observar en la Figura 10 el consumo de
combustible obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo FTP75 es
067 menor a los datos proporcionados por el fabricante Asiacute
mismo el consumo en el ciclo HWFET es 27 mayor a los
datos del fabricante
Figura 10 Comparacioacuten consumo de combustible
Si se considera el KVR (indicador de kiloacutemetros recorridos)
local que es 3604 kmdiacutea [12] se estima que el consumo de
combustible del vehiacuteculo X es 873 4 Lantildeo y del vehiacuteculo Y es
82223 Lantildeo
Como se puede observar en la Figura 11 el consumo de
combustible anual del vehiacuteculo X es 58 mayor al vehiacuteculo
Y Esto se debe a las caracteriacutesticas teacutecnicas de cada vehiacuteculo
ya que el vehiacuteculo X presente mayor cilindrada
Figura 11 Consumo de combustible anual
CONCLUSIONES
Para la estimacioacuten de consumo de combustible se utilizan
ciclos de conduccioacuten que representan la forma tiacutepica de
conduccioacuten en ciudad y carretera Las mediciones se llevaron a
cabo en dinamoacutemetro de chasis siguiendo ciclos de conduccioacuten
establecidos por la EPA el FTP75 y HWFET siendo estos los
maacutes representativos a nivel mundial
8
Al seguir la metodologiacutea de la norma ISO 10521 se
obtuvieron los coeficientes de carga de configuracioacuten del
dinamoacutemetro de chasis Los coeficientes para el vehiacuteculo X
son A=200214 [N] B=0475 [N(kmh)] y C= 0044
[N(kmh) 2] para el vehiacuteculo X son A=202300 [N]
B=0067[N(kmh)] y C igual a 0039 [N(kmh)2]
Para determinar el consumo de combustible se utilizaron dos
dispositivos flujoacutemetro e interfaz OBII siguiendo los ciclos de
conduccioacuten FTP75 y HWFET mediante un dinamoacutemetro de
chasis Se realizoacute un total de 20 pruebas en cada vehiacuteculo los
resultados obtenidos fueron Vehiacuteculo X flujoacutemetro 664
L100km y con ELM327 7765 L100km en el ciclo de
conduccioacuten HWFET De la misma manera para el ciclo de
conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 8377 L100km y con ELM327
9944 L100km En cuanto al vehiacuteculo Y los resultados
obtenidos fueron flujometro 609 L100km y con ELM327
713 L100km en el ciclo de conduccioacuten HWFET asiacute mismo
para el ciclo de conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 645 L100km y
con ELM327 790 L100km
Por otra parte se presenta una comparacioacuten entre dos
dispositivos de adquisicioacuten de flujo de combustible
(flujometro interfaz OBII) dando una diferencia porcentual
para el ciclo FTP75 de 1575 y para el HWFET de 1443
estas diferencias mayores se presentan en el vehiacuteculo X con la
interfaz OBII respecto al flujoacutemetro Asiacute mismo se presentan
diferencias porcentuales mayores para el ciclo de FTP75 de
1835 y para HWFET 1458 debido a que el primer
dispositivo (flujoacutemetro) brinda una medida fiacutesica mientras que
el segundo dispositivo (lector OBII) brinda una estimacioacuten de
flujo tomando en cuenta datos monitoreados por los sensores
Al comparar el consumo de combustible obtenido por los
dos sistemas de medicioacuten se obtuvo que para el vehiacuteculo X el
OBDII presenta un 317 mayor de consumo de combustible
en relacioacuten al del fabricante y un 144 mayor al obtenido por
el flujoacutemetro en el ciclo HWFET y para el ciclo FTP75 existe
una diferencia de 1046 mayor al del fabricante y 1579
mayor al obtenido por el flujoacutemetro (Figura 12)
Figura 12 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo X
En cuanto al vehiacuteculo Y el consumo de combustible
obtenido por el OBD II es 3828 mayor al del fabricante y
145 mayor al obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET y para el ciclo FTP75 hay una diferencia
de 1835 mayor al del fabricante y 177 mayor al obtenido
por el flujoacutemetro (Figura 13)
Figura 13 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo Y
Finalmente estos valores de consumo de combustible
contribuiraacuten a una base de datos que permitiraacute tener una
referencia del consumo de los vehiacuteculos que circulan en la
ciudad considerando las condiciones de la localidad de
Cuenca
Esta determinacioacuten de combustible puede ser utilizada como
una herramienta que ayude en la toma de decisiones para
instituciones encargadas del control del traacutensito vehicular
planteamiento de futuros estudios ambientales o nuevas
revaloraciones de los impuestos de circulacioacuten del vehiacuteculo en
la ciudad entre otras utilidades que se puedan dar
REFERENCIAS
[1] Organizacioacuten Mundial de la Salud (2003) Informe
sobre la Salud en el Mundo 2003 1ndash140 Retrieved
from
httpwwwwhointwhr2003enwhr03_espdfua=1
[2] US State Department (2014) US Climate Action
Report
[3] IEA 2013 CO2 Emissions from Fuel Combustion
2013 IEA Paris doi
httpdxdoiorg101787co2_fuel-2013-en (2014
accessed 20 February 2015)
[4] M Zhou H Jin and W Wang ldquoA review of vehicle
fuel consumption models to evaluate eco-driving and
eco-routingrdquo Transp Res Part D Transp Environ
vol 49 no 5 pp 203ndash218 2016
[5] J C Sierra ldquoEstimating road transport fuel
consumption in Ecuadorrdquo Energy Policy vol 92 pp
359ndash368 2016
9
[6] Instituto para la Diversificacioacuten y Ahorro de la Energia
Guiacutea de Vehiacuteculo de Turismo de venta en Espantildea con
indicacioacuten de consumos y emisiones de CO2
MADRID 2017
[7] EPA (19 de julio de 2017) Vehicle and Fuel
Emissions Testing Obtenido de Vehicle and Fuel
Emissions Testing httpswwwepagovvehicle-and-
fuel-emissions-testingdynamometer-drive-schedules
[8] V V C A Offices et alThe fuel consumption testing
scheme 2016 [online] Available
httpwwwdftgovukvcafcbnew-car-fuel
consumpasp
[9] E Zervas ldquoImpact of altitude on fuel consumption of a
gasoline passenger carrdquo Fuel vol 90 no 6 pp 2340ndash
2342 2011
[10] F E Quinchimbla Pisuntildea and J M Soliacutes Santamariacutea
ldquoDesarrollo De Ciclos De Conduccioacuten En Ciudad
Carretera Y Combinado Para Evaluar El Rendimiento
Real Del Combustible De Un Vehiacuteculo Con Motor De
Ciclo Otto En El Distrito Metropolitano De Quitordquo
Esc Politeacutecnica Nac p 163 2015
[11] B A Loyola E Sandoval and J Galvez ldquoAnaacutelisis de
consumo de combustible de los vehiacuteculos de categoriacutea
M1 que circulan en el Centro Histoacuterico de la ciudad de
Cuenca en horas de maacutexima demanda en funcioacuten de los
ciclos de conduccioacutenrdquo p 62 2016
[12] D Sarango and P Moncayo ldquoDeterminacioacuten del
indicador kiloacutemetros-vehiacuteculo recorrido (KVR) para la
ciudad de Cuencardquo p 94 2016
8
Al seguir la metodologiacutea de la norma ISO 10521 se
obtuvieron los coeficientes de carga de configuracioacuten del
dinamoacutemetro de chasis Los coeficientes para el vehiacuteculo X
son A=200214 [N] B=0475 [N(kmh)] y C= 0044
[N(kmh) 2] para el vehiacuteculo X son A=202300 [N]
B=0067[N(kmh)] y C igual a 0039 [N(kmh)2]
Para determinar el consumo de combustible se utilizaron dos
dispositivos flujoacutemetro e interfaz OBII siguiendo los ciclos de
conduccioacuten FTP75 y HWFET mediante un dinamoacutemetro de
chasis Se realizoacute un total de 20 pruebas en cada vehiacuteculo los
resultados obtenidos fueron Vehiacuteculo X flujoacutemetro 664
L100km y con ELM327 7765 L100km en el ciclo de
conduccioacuten HWFET De la misma manera para el ciclo de
conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 8377 L100km y con ELM327
9944 L100km En cuanto al vehiacuteculo Y los resultados
obtenidos fueron flujometro 609 L100km y con ELM327
713 L100km en el ciclo de conduccioacuten HWFET asiacute mismo
para el ciclo de conduccioacuten FTP75 flujoacutemetro 645 L100km y
con ELM327 790 L100km
Por otra parte se presenta una comparacioacuten entre dos
dispositivos de adquisicioacuten de flujo de combustible
(flujometro interfaz OBII) dando una diferencia porcentual
para el ciclo FTP75 de 1575 y para el HWFET de 1443
estas diferencias mayores se presentan en el vehiacuteculo X con la
interfaz OBII respecto al flujoacutemetro Asiacute mismo se presentan
diferencias porcentuales mayores para el ciclo de FTP75 de
1835 y para HWFET 1458 debido a que el primer
dispositivo (flujoacutemetro) brinda una medida fiacutesica mientras que
el segundo dispositivo (lector OBII) brinda una estimacioacuten de
flujo tomando en cuenta datos monitoreados por los sensores
Al comparar el consumo de combustible obtenido por los
dos sistemas de medicioacuten se obtuvo que para el vehiacuteculo X el
OBDII presenta un 317 mayor de consumo de combustible
en relacioacuten al del fabricante y un 144 mayor al obtenido por
el flujoacutemetro en el ciclo HWFET y para el ciclo FTP75 existe
una diferencia de 1046 mayor al del fabricante y 1579
mayor al obtenido por el flujoacutemetro (Figura 12)
Figura 12 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo X
En cuanto al vehiacuteculo Y el consumo de combustible
obtenido por el OBD II es 3828 mayor al del fabricante y
145 mayor al obtenido por el flujoacutemetro en el ciclo de
conduccioacuten HWFET y para el ciclo FTP75 hay una diferencia
de 1835 mayor al del fabricante y 177 mayor al obtenido
por el flujoacutemetro (Figura 13)
Figura 13 Consumo de combustible OBDII Flujometro y
Fabricante del vehiacuteculo Y
Finalmente estos valores de consumo de combustible
contribuiraacuten a una base de datos que permitiraacute tener una
referencia del consumo de los vehiacuteculos que circulan en la
ciudad considerando las condiciones de la localidad de
Cuenca
Esta determinacioacuten de combustible puede ser utilizada como
una herramienta que ayude en la toma de decisiones para
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9
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ldquoDesarrollo De Ciclos De Conduccioacuten En Ciudad
Carretera Y Combinado Para Evaluar El Rendimiento
Real Del Combustible De Un Vehiacuteculo Con Motor De
Ciclo Otto En El Distrito Metropolitano De Quitordquo
Esc Politeacutecnica Nac p 163 2015
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M1 que circulan en el Centro Histoacuterico de la ciudad de
Cuenca en horas de maacutexima demanda en funcioacuten de los
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[12] D Sarango and P Moncayo ldquoDeterminacioacuten del
indicador kiloacutemetros-vehiacuteculo recorrido (KVR) para la
ciudad de Cuencardquo p 94 2016
9
[6] Instituto para la Diversificacioacuten y Ahorro de la Energia
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indicacioacuten de consumos y emisiones de CO2
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[7] EPA (19 de julio de 2017) Vehicle and Fuel
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fuel-emissions-testingdynamometer-drive-schedules
[8] V V C A Offices et alThe fuel consumption testing
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httpwwwdftgovukvcafcbnew-car-fuel
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consumo de combustible de los vehiacuteculos de categoriacutea
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ciclos de conduccioacutenrdquo p 62 2016
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indicador kiloacutemetros-vehiacuteculo recorrido (KVR) para la
ciudad de Cuencardquo p 94 2016