Diseño bici electrica con motor universal

PROYECTO PARA OPTAR AL GRADO DE INGENIERÍA
MECÁNICA AUTOMOTRIZ Y AUTOTRÓNICA
“Diseño de transmisión de una bicicleta impulsado por un motor
eléctrico”
Postulante: Ronald Andres Hurtado Ribera
Tutor técnico: Mario Chang
Tutor metodológico: Ramiro Ramírez
Santa Cruz de la Sierra – Bolivia
2021

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Tel 61527971
CONSTANCIA DE APROBACIÓN DE LOS TUTORES
Por el presente documento hacemos constar, que el Proyecto de Grado presentado por el
postulante al grado de: Licenciatura en Mecánica Automotriz y Autotrónica, Sr.: Ronald
Andres Hurtado Ribera, con el tema: “Diseño de transmisión de una bicicleta impulsado por
un motor eléctrico”, cumple los requisitos establecidos en los reglamentos y procedimientos
académicos de la Universidad para el Desarrollo y la Innovación (UDI) y con el Reglamento
General de Universidades Privadas, para la preparación de un Proyecto de Grado.
Asimismo, afirmamos que dicho trabajo, por sus resultados, reúne los méritos para su defensa
interna ante tribunal examinador oficialmente designado.
Dada en Santa Cruz de la Sierra, COLOCAR FECHA
Atentamente,
Ing. Mario Chang Apellido Ing. Ramiro Ramirez
Tutor Técnico Tutor Metodológico

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INDICE
Capitulo 1...........................................................................................................................1
Introducción.......................................................................................................................1
1.1.Antecedentes................................................................................................................2
1.2.Planteamiento Del Problema .......................................................................................3
PROBLEMA......................................................................................................................4
1.3.Objetivos......................................................................................................................4
1.3.1. Objetivo General...............................................................................................4
1.3.2. Objetivos Específicos .......................................................................................4
1.4.Delimitaciones .............................................................................................................5
1.4.1. Delimitaciones Sustantiva ................................................................................5
1.4.2. Delimitación Espacial.......................................................................................6
1.4.3. Delimitación Temporal.....................................................................................6
1.5.Justificación.................................................................................................................6

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1.5.1. Justificación Científica .....................................................................................6
1.5.2. Justificación Social ...........................................................................................6
CAPITULO II ....................................................................................................................7
Marco teórico referencial...................................................................................................7
2.1.Marco referencial.........................................................................................................7
2.2.Marco teórico conceptual ............................................................................................7
2.2.1. Motor eléctrico..................................................................................................8
2.2.2. Control de motores de CC por Ancho de Pulso (PWM) ................................10
2.2.3. Circuito genérico de generación de pulsos, ....................................................11
2.2.4. Batería de litio.................................................................................................16
2.2.3 Microcontrolador ................................................................................................18
4.3.4 Acelerador.......................................................................................................19
4.3.5 Selector de potencia asistida...........................................................................20
Se utilizara un selector de marcha de bicicleta tipos Shimano ..................................20
4.3.6 Sistema de transmisión (cadena, piñón y selector de marcha) .......................20
CAPITULO III.................................................................................................................31
Marco Metodológico........................................................................................................31
3.1.Diseño de la investigación.........................................................................................31

viii
3.1.1. Tipo de investigación........................................................................................31
3.1.1. Estrategias y métodos .........................................................................................31
3.1.2. Técnicas ..........................................................................................................31
3.1.3. Instrumentos ...................................................................................................32
Determinación de la Muestra .......................................................................................32
De las fuentes Documentales de Información..............................................................32
Fuentes primarias .........................................................................................................32
Fuentes secundarias......................................................................................................32
3.1.4. Del universo, población y muestra .....................................................................33
3.1.5. Definición conceptual y operacional de variables .............................................33
CAPÍTULO IV.................................................................................................................34
Análisis de la situación o diagnóstico del problema ........................................................34
4.1 Definiciones........................................................................................................34
4.2 Niveles de asistencia al ciclista ..........................................................................35
4.3 LA BICICLETAS ELÉCTRICAS .....................................................................35
4.3.1 CLASIFICACIÓN..........................................................................................36
CAPITULO V..................................................................................................................40
Conclusiones y Recomendaciones de la Investigación....................................................40

ix
CAPITULO VI.................................................................................................................41
PROPUESTA...................................................................................................................41
6.1 Título del Proyecto. ............................................................................................41
6.2 Descripción.........................................................................................................41
6.3 Determinación de potencia requerida.................................................................41
6.4 Desarrollo de cálculos de Potencia . ..................................................................42
Tabla de velocidades promedio de un ciclista .............................................................43
6.4.1 DESARROLLO DE CALCULOS DE POTENCIA ......................................44
6.5 UBICACIÓN DEL MOTOR..............................................................................49
6.6 VELOCIDAD ANGULAR DE LA RUEDA POSTERIOR..............................51
6.7 RELACIÓN DE VELOCIDADES ANGULARES PIÑON CATALINA.......52
6.8 ESQUEMA ELECTRICO DE MODIFICACION MOTOR AC – DC ............55
6.8.1 VALOR EFICAZ DE VOLTAJE...................................................................56
6.8.2 VALOR MEDIO ............................................................................................56
6.9 Control de velocidad del motor:.........................................................................60
6.10 POSICIONAMIENTO ESPACIAL DE COMPONENTES ..........................61
6.11 LÓGICA DE FUNCIONAMIENTO DEL CONTROLADOR .:.................66
6.12 PRESUPUESTO.............................................................................................67

x
6.13 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .............................................68
CAPITULO VII ...............................................................................................................69
ANEXOS .........................................................................................................................69
7. COMPONETES Y ACCESORIOS PARA IMPORTACION ................................69
7.1. Controlador PWM ..........................................................................................69
7.2. TESADOR DECADENA...............................................................................71
7.3. MANDOS DE VELOCIDAD ........................................................................72
7.4. Catalina libre de bicicleta ...............................................................................74
8. BIBLIOGRAFIA .......................................................................................................75

1
Capitulo 1
Introducción
Introducción.
La realización de este proyecto consiste en la modificación de una bicicleta en la cual se
estudia el tipo de transmisión convencional y el motor eléctrico que se incorporará. Para
ayudar al motor eléctrico que impulsara la bicicleta se dispone de un almacenamiento de
baterías de litio que alimentaran al motor eléctrico, en este caso un alternador, que será
monitoreado por un módulo de control y un regulador de corriente de DC a DC impulsando
la bicicleta para poder desplazarse de un lado a otro.
En este proyecto se analizará que tipo de motor eléctrico es ideal para incorporar en la
bicicleta, sin necesidad de anular el pedaleo, la intención de la incorporación de este sistema
es la de ayudar al usuario en algunos tramos de su recorrido.
Las principales características de este proyecto son: Modificación de soportes para la
instalación de los diferentes sistemas en el cuadro de la bicicleta, adaptación de los sistemas
incorporados en la bicicleta, establecer las características del motor eléctrico, identificar el
tipo de transmisión ideal para el motor eléctrico.

2
Donde también se mostrará cómo puede ser elaborada la modificación de esta bicicleta
explicando cada una de sus implementaciones dando énfasis en el motor eléctrico
modificado.
El fin de este proyecto es el de mostrar a los usuarios la experiencia de manejabilidad de
un sistema de transporte mecánico con la ayuda de uno eléctrico, que se puede incorporar
en una bicicleta.
1.1.Antecedentes
Aunque parezcan un invento moderno, las bicicletas eléctricas nacieron casi al mismo
tiempo que las bicicletas tradicionales. En la década de 1890 se otorgaron varias patentes
para motores de bicicletas eléctricas.
En 1895 a Ogden Bolton, se le otorgó en Estados Unidos la patente para una bicicleta de
baterías con 6 polos de cepillo, colector de corriente continua y con un motor de cubo
montado sobre la rueda trasera de la bicicleta.
En 1897 Oseas W. Libbey en Boston, inventó una bicicleta eléctrica que se impulsaba
con un motor eléctrico doble. El motor se montó en el centro del plato del eje. Ese mismo
diseño fue luego reutilizado por la marca Giant Lafree e-bikes en los años noventa.

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Pero fue en el siglo XX que las bicicletas eléctricas comenzaron a tener un rol más
protagónico, por ser una opción económica y sencilla a los problemas de transporte en las
grandes metrópolis y comunidades rurales.
La contaminación atmosférica es un tema que preocupa especialmente hoy en día, donde
el 20% de las emisiones de CO2 son producidas por el transporte terrestre, concentrándose
especialmente en las grandes ciudades. Por eso, resulta de gran utilidad la utilización de
medios de transporte que reduzcan estas emisiones.
Actualmente el mercado de las bicicletas híbridas/eléctricas es un sector emergente donde
no hay mucha variedad en cuanto a las características eléctricas de estas y a su sistema de
transmisión. En Bolivia, existe la venta de estas bicicletas hibridas eléctricas de industrias
chinas la única empresa de bicicletas hibridas/eléctricas nacionalizada y de buen renombre
son las de “QUANTUM” que se encarga de la fabricación y comercialización de estas.
1.2. Planteamiento Del Problema
Las bicicletas eléctricas ofertadas actualmente en el mercado siguen manteniendo la
transmisión convencional de pocas marchas y utilizan el sistema eléctrico como una ayuda
al pedaleo, con poco torque y autonomía de las baterías, lo que difiere con las características
de este proyecto donde se busca mejorar el rendimiento del motor eléctrico con piezas
recicladas y dando énfasis en este.

4
PROBLEMA
Se identifica entonces el siguiente problema de investigación
¿Qué elementos y adecuaciones se requieren para una bicicleta eléctrica utilizando
motores reciclados o de muy bajo costo?
1.3.Objetivos
1.3.1. Objetivo General
Modificar y adaptar de los sistemas de una bicicleta prototipo, con un sistema de
transmisión que ayude con la relación de piñones, impulsada por un motor eléctrico reciclado.
Mejorando la relación de torque entre la transmisión y el motor. El fin de este proyecto se
basa en lograr aumentar el torque del motor mejorando el sistema de transmisión y la
autonomía de la bicicleta.
Al mismo tiempo de presentar mejoras y aumentar el interés en los usuarios para este
medio de transporte, la de también que es disminuir la contaminación ambiental.
1.3.2. Objetivos Específicos
 Analizar las ventajas de una bicicleta con un sistema de transmisión iasistida por un
motor eléctrico
 Especificar los componentes requeridos para el estudio y modificación de esta
bicicleta eléctrica

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 Describir los pasos a seguir para la modificación y análisis de la bicicleta.
1.4.Delimitaciones
1.4.1. Delimitaciones Sustantiva
En esta parte veremos todas las materias abarcadas de la carrera de Ing. Mecánica
Automotriz, en la universidad UDI y como estas influyen en el presente proyecto:
1. Herramientas y técnicas. - en esta materia pudimos identificar las herramientas
apropiadas para el desarrollo del proyecto
2. Electricidad automotriz. - mediante lo aprendido en esta materia pudimos diseñar el
cableado entre los diferentes sistemas eléctricos.
3. Física. - utilizamos el conocimiento adquirido de esta materia para calcular los diferentes
de este proyecto, como ser: Fuerza, Velocidad, Autonomía de carga, Peso.
4. Transmisión mecánica. - basándonos en lo aprendido de esta materia pudimos elegir el
mejor sistema de transmisión para este proyecto (sistema holandés).
5. Taller de desabolladora y pintura. - para el diseño del marco y presentación visual
(pintura) de este proyecto aplicamos los conocimientos adquiridos de esta materia.
6. Sistema de propulsión alternativo. – con la ayuda de esta materia pudimos elegir el
sistema de propulsión (motor eléctrico) adecuado para este proyecto.

6
1.4.2. Delimitación Espacial
Este proyecto se llevará a cabo en la ciudad de santa cruz de la sierra-Bolivia. En la
provincia Andrés Ibáñez.
1.4.3. Delimitación Temporal
Este proyecto se inició desde el mes de abril y se culminara en el mes de agosto. Siendo
así una duración de 4 meses y la presentación final será el 20 de agosto del año 2021
1.5.Justificación
1.5.1. Justificación Científica
Una bicicleta eléctrica prototipo mejorada con implementación de trasmisión no
convencional, con el fin de mejorar la experiencia de manejo para el usuario.
1.5.2. Justificación Social
El presente proyecto beneficia al ámbito de investigación y propuestas de innovación en
la ciudad de Santa Cruz de la Sierra – Bolivia.
Con el desarrollo del proyecto “Diseño de transmisión de una bicicleta impulsado por un
motor eléctrico” podrá beneficiar a la población en general. Aportando con un medio de
transporte, mejorando y facilitando la experiencia del conductor.

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CAPITULO II
Marco teórico referencial
2.1. Marco referencial
Como sabemos ya existen los kits de conversión en el mercado para montar en una
bicicleta convencional, pero la intención de este proyecto es la de explorar como se puede
convertir una bicicleta convencional de transmisión a, eléctrica con elementos reciclados
que podríamos tener y con mejor rendimiento usar kits de implementación mayor
autonomía y mejor torque (motor de tracción), en este caso un alternador de 80 amperes.
Voy a implementar un sistema eléctrico con alimentación de 56 voltios para el motor
(alternador), la ubicación de este alternador en la bicicleta será en base a la comodidad del
usuario sin necesidad de eliminar el pedaleo porque la idea es seguir teniendo la base de
una bicicleta convencional siendo así este sistema solo una ayuda al usuario.
2.2. Marco teórico conceptual
Especificación de los componentes requeridos para la modificación y adaptación de esta
bicicleta eléctrica:
 Motor eléctrico
 Batería de litio.
 Microcontrolador
 Convertidor DC a DC

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 Acelerador
 Sistema de transmisión (cadena, piñón y selector de marcha)
 Soportes de los sistemas a modificar.
2.2.1. Motor eléctrico
El estudio y modificación de una bicicleta eléctrica de transmisión impulsado por un
motor eléctrico se llevará acabo utilizando un motor eléctrico, en este caso un motor
eléctrico universal que viene montado en una amoladora de 700 Watts 220 volts 3,5A.
Motor eléctrico Universal
El Motor Universal es un tipo de motor que puede ser alimentado con corriente
alterna o con corriente continua, es indistinto. Sus características principales no varían
significativamente, sean alimentados de una forma u otra. Por regla general, se utilizan con
corriente alterna. Son conocidos también con el sobrenombre de motor monofásico en serie.
(http://es.scribd.com/doc/50089575/78/MOTOR-UNIVERSAL)
Características de funcionamiento:
En corriente continua es un motor serie normal con sus mismas características.
En corriente alterna se comporta de manera semejante a un motor serie de corriente
continua. Como cada vez que se invierte el sentido de la corriente, lo hace tanto en el
inductor como en el inducido, con lo que el par motor conserva su sentido. Menor potencia
en corriente alterna que, en continua, debido a que en alterna el par es pulsatorio. Además,

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la corriente está limitada por la impedancia, formada por el inductor y la resistencia del
bobinado. Por lo tanto, habrá una caída de tensión debido a la reactancia cuando funcione
con corriente alterna, lo que se traducirá en una disminución del par. Mayor chispeo en las
escobillas cuando funciona en corriente alterna, debido a que las bobinas del inducido están
atravesadas por un flujo alterno cuando se ponen en cortocircuito por las escobillas, lo que
obliga a poner un devanado compensador en los motores medianos para contrarrestar la
fuerza electromotriz inducida por ese motivo.
Principio de funcionamiento
El motor eléctrico universal basa su funcionamiento en la ley de Laplace. El
bobinado inductor y el bobinado inducido están conectados en serie. Al ser recorridos por
una corriente, el bobinado inductor forma el campo magnético y el inducido por la ley de
Laplace, al ser recorrido por la corriente y sometido a la influencia del campo magnético
inductor, se desplaza, dando origen al giro del rotor. Si aumenta el campo aumenta la
fuerza, aumenta la velocidad. El campo magnético que produce la bobina inducida provoca
una deformación del flujo inductor llamada reacción del inducido. En Corriente alterna
(CA) o en corriente directa (CD) el sentido se mantiene por la acción momentánea de cada
alternancia en particular. En CA produce una fuerza contra electromotriz por efecto
transformador y por efecto generador. En Corriente Directa sólo por efecto generador

10
2.2.2. Control de motores de CC por Ancho de Pulso (PWM)
La Regulación por Ancho de Pulso de un motor de CC está basada en el hecho de que
si se recorta la CC de alimentación en forma de una onda cuadrada, la energía que recibe el
motor disminuirá de manera proporcional a la relación entre la parte alta (habilita corriente)
y baja (cero corriente) del ciclo de la onda cuadrada. Controlando esta relación se logra
variar la velocidad del motor de una manera bastante aceptable.
Fig 1 modulación de pulso de corriente
Fuente http://robots-argentina.com.ar/

11
2.2.3. Circuito genérico de generación de pulsos,
Se puede utilizar en aquellos lugares donde sea necesario un pulso digital no
demasiado preciso. Cambiando los valores de R1 y R2 se ajusta la frecuencia básica. El
potenciómetro regula el ancho de pulso.
Fig 2 Esquema modulador de pulsos
Fuente http://robots-argentina.com.ar/
Fig 3 Modulador de pulsos Comercial

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Fuente https://es.aliexpress.com/item/1005003215981028.htm
Los amplificadores operacionales
Son dispositivos lineales que tienen todas las propiedades requeridas para casi cualquier
amplificación ideal de CCy, por lo tanto, se utilizan en gran medida en el acondicionamiento
o filtrado de señal, o para realizar operaciones matemáticas, como adición, sustracción,
integración y diferenciación.
Amplificador operacional inversor
En esta configuración, la salida se alimenta de regreso a la entrada negativa o inversa por
medio de un resistor (R2). La señal de entrada se aplica a este pin invertido por medio de un
resistor (R1).
El pin positivo se conecta a tierra.
Fig 4 Esquema amplificador pulsos

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AMOLADORAS
Una amoladora lateral o de disco, también conocida como amoladora angular, es una
herramienta eléctrica diseñada especialmente para el esmerilado y pulido. Las amoladoras
portátiles, son empleadas en distintos lugares y ambientes de trabajos, así como en industrias
de construcción, metalurgia, mecánica, entre otros
Fig 5 Amoladora comercial 750 Watts
Partes de una amoladora

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Las amoladoras son herramientas de corte por desbaste, están potenciadas por un motor
universal de CA
Fig 6 Partes-de-una-amoladora.jpg
Fuente:https://www.circuitos-electricos.com/wp-content/uploads/
1. Rueda de ajuste de husillo
2. Motor eléctrico formado desde un rotor y estator
3. Botón de ON/OFF. Dependiendo de presión, depende la fuerza de arranque.
4. Contenedor plástico resistente al impacto.
5. Botón fijador/desfijador de husillo al cambiar las herramientas.
6. Acoplamiento que protege al motor contra sobrecargas en atascamientos del disco.
7. Protector antipartículas y elementos procesados por el disco.

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8. Tuerca de sujeción desenroscable.
9. Caja de engranajes, las cuales transmiten el movimiento de rotación al rotor por
medio del eje central
El circuito eléctrico de la amoladora, así como el de muchas otras herramientas
parecidas, como el rotomartillo, taladros, hacen uso de pastillas, escobillas y carbón.
Generalmente se usan 2 carbones, los cuales tocan a la piña o el rotor, permitiendo que la
energía llegue hacia el colector, donde se hacen los giros del rebobinado. Una vez que ingresa
la corriente eléctrica a la amoladora, realiza todo el recorrido de forma ininterrumpida,
siendo solo el interruptor doble el que puede abrir el circuito
.
Fig 7 Partes en un motor universal
Fuente: http://edwin-electronica0.blogspot.com.es/p/tipos-de-motores-motores.html

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2.2.4. Batería de litio
Esta batería de litio de PVC para bicicleta eléctrica adquirida en eBay, es adecuada para
nuestro motor alternador de 960 watts, estas baterías tienen una capacidad de 60V 20AH -
30AH (550W-2000W) Corriente de descarga constante máxima de 30A. Tablero de
protección BMS de 30A. Cargador de 42V 2A. Puerto de descarga de XT60. Las
características de esta batería son:
Material impermeable
La capa exterior del paquete de baterías está hecha de material de PVC impermeable,
que tiene aislamiento, resistencia a la corrosión y resistencia al desgaste. La capa interior
tiene las ventajas de un bajo punto de fusión, un sellado impermeable y una alta adherencia.
No fijar la batería directamente en la bicicleta, ya que puede sufrir una colisión o un
apretón, lo que acortará la vida útil de la batería. Recomendamos ponerlo en una bolsa y
una caja.
Duración de la batería
Cada batería de litio ha pasado la prueba de funcionamiento y apariencia de control de
calidad antes de salir de fábrica. La batería Ebike tiene más de 1.000 ciclos de carga y una
vida útil prevista de hasta 5 años. Puede viajar de 41 a 56 km/h cuando está completamente
cargado. El kilometraje depende de la velocidad de conducción, el peso de la carga, la
potencia y las condiciones de la carretera.

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Aplicación
El paquete de batería de litio es ampliamente utilizado en autobuses comerciales y
autobuses Automóviles eléctricos, autobuses eléctricos, carros de golf / bicicletas eléctricas,
Scooter, vehículos recreativos, infantes de marina, autocares, caravanas, sillas de ruedas,
camiones electrónicos, barredoras electrónicas, limpiadores de piso, andadores electrónicos,
motocicletas eléctricas, triciclos, sillas de ruedas eléctricas.
Fig 8 Bateria litio E.BIKE
https://www.amazon.es/HJGHY-El%C3%A9ctrico-Bicicleta-el%C3%A9ctrica-2000W-

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2.2.3 Microcontrolador
Usaremos un microcontrolador de aluminio de 48 a 72 voltios 1500 watts adquirido por
eBay. Las principales funciones de este microcontrolador son:
Bajo voltaje suave, cuando el voltaje de la batería es menor, la corriente también será
menor para mantener el funcionamiento normal. No solo protege la batería y extiende la
vida útil de la batería, sino que también aumenta la distancia de carrera.
Reconoce automáticamente el ángulo de fase del motor y la dirección de giro derecha del
motor. Puede realizarse mediante los cables de autoestudio.
Protección contra sobrecalentamiento, el controlador cortará la energía cuando la
temperatura esté por encima y se reiniciará si la temperatura es normal.
Gestión inteligente del sistema de batería, el controlador controlará razonablemente la
descarga de la batería, función de protección de bajo voltaje para extender la vida útil de la
batería.
Protección contra sobretensión y baja tensión
El controlador de modo doble puede verificar la condición del sensor de pasillo del motor
automáticamente. En este caso el motor no llevara ningún tipo de sensor.
Cuando la fase del motor falla, el controlador la protegerá, evitará que se queme el motor y
protegerá la batería al mismo tiempo.

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4.3.4 Acelerador
Para el presente proyecto se usará determinara la aceleración en base al torque
ejercido por el ciclista al momento de pedalear, por medio de un dispositivo que permitirá
varia la resistencia de entrada al controlador PWM el cual

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4.3.5 Selector de potencia asistida.
Se utilizara un selector de marcha de bicicleta tipos Shimano
El cual llevara una modificación con 5 posiciones de resistencia de ohms definidos
Fig 9 Selector de velocidad
https://es.aliexpress.com/item/4000076610755.html?spm736f1&algo_ -
4.3.6 Sistema de transmisión (cadena, piñón y selectorde marcha)
Piñón libre
Un piñón libre o rueda libre es el mecanismo que permite a un eje girar libremente en
un sentido y ser engranado en el sentido contrario.

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Un piñón libre permite, por ejemplo, que un ciclista deje de pedalear sin provocar que la
rueda se frene o bloquee.
Fig 10 Piñonlibre
Fuente https://www.armatubici.cl/como-funciona-pinones-libres/
Los casetes
Se distinguen de las ruedas libres en que un casete tiene una serie de ranuras rectas que
forman la conexión mecánica entre las ruedas dentadas y el cubo compatible con el casete,

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llamado buje libre , que contiene el mecanismo de trinquete. Todo el casete se sujeta al
cubo mediante un anillo de bloqueo roscado .
Fig 11 Cassette y buje libre Shimano
Fuente: https://en-m-wikipedia-org.translate.goog/wiki/File:Cassetteandfreehub.jpg?
Platos y bielas
El juego de bielas (en los EE. UU.) O juego de cadenas (en el Reino Unido) es el
componente de la transmisión de una bicicleta que convierte el movimiento alternativo de
las piernas del ciclista en un movimiento de rotación utilizado para impulsar la cadena o
la correa , que a su vez impulsa la rueda trasera . Consiste en uno o más piñones , también
llamados platos o platos unidos a las bielas , brazos , o bielas al que se acoplan los
pedales. Está conectado al ciclista por los pedales , al cuadro de la bicicleta por
el pedalier y al piñón trasero, cassette o rueda libre a través de la cadena.
Fig 12 BIELAS bicicleta
Fuente; https://upload.wikimedia.org/Bicycle_crankset_Shimano

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Manivelas
Las dos bielas , una a cada lado y normalmente montadas a 180 °, conectan el eje del
pedalier a los pedales
Fuente; https://upload.wikimedia.org/Bicycle_crankset_Shimano
Longitudes
Las bielas de bicicleta pueden variar en longitud para adaptarse a ciclistas de diferentes
tamaños y diferentes tipos de ciclismo. La longitud de la manivela se mide desde el centro
del eje del pedal hasta el centro del eje o eje del pedalier. Los fabricantes de componentes
de bicicletas más grandes suelen ofrecer longitudes de manivela para ciclistas adultos de
165 mm a 180 mm de largo en incrementos de 2,5 mm, siendo las bielas de 170 mm el
tamaño más común. Algunos pequeños fabricantes especializados fabrican bielas de
bicicleta en varios tamaños de menos de 165 mm y más de 180 mm
Al eje de pedalier

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Hay una variedad de métodos que se utilizan para sujetar las bielas al eje del pedalier (o
eje).
 Las bielas más antiguas usan un pasador en forma de cuña, llamado chaveta , para
sujetarlo al eje del pedalier.
 Las bielas más nuevas se deslizan
 un eje cónico cuadrado. La conicidad es de 2 grados con respecto a la línea
central. Hay al menos dos dimensiones no intercambiables (p. Ej., Shimano
y Campagnolo utilizan estándares competitivos en conicidad cuadrada, a
saber, JIS e ISO respectivamente, donde el husillo ISO es más largo y su
extremo cónico es ligeramente más pequeño. Los fabricantes cumplen con el
estándar ISO, y la mayoría de los fabricantes asiáticos utilizan el estándar
JIS (Shimano)) y dos orientaciones: diamante y cuadrado horizontal. El
orificio de la manivela en el que se atornilla un extractor de manivela casi

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siempre tiene un diámetro de 22 mm, aunque algunas manivelas francesas
antiguas (Stonglight y TA) requieren un extractor diferente
 un eje cónico hexagonal
 un eje de soporte inferior estriado
 Incluso los diseños más nuevos tienen el eje del eje del pedalier, generalmente
hueco y de mayor diámetro que el que es posible para los soportes inferiores con
rodamientos dentro de la carcasa del pedalier del cuadro de una bicicleta, para
reducir el peso y aumentar la rigidez, unido permanentemente a la biela derecha
(Shimano y otros)
 Ciertas empresas como Cannondale (estándar abierto BB30, introducido en 2000)
han creado sus propios estándares únicos de pedalier que requieren cambios en la
carcasa del pedalier del cuadro de la bicicleta para adaptarse al diseño de pedalier /
manivela
 Finalmente, muchas bicicletas para niños y bicicletas más antiguas o menos
costosas tienen bielas de una pieza ("Ashtabula") donde las dos bielas y el eje del
pedalier están forjados como una sola pieza de acero
El objetivo es ganar toque sobre velocidad es por eso la relación de casi 3 vueltas de
piñón pequeño (piñón del motor) por 1 vuelta de la rueda trasera. Plato de 44 dientes y

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piñón de 14 dientes. Este plato de 44 dientes será adaptado a la transmisión de piñones
traseros de la bicicleta
Originalmente los piñones de la bicicleta contaban con nueve velocidades teniendo que
anular las dos últimas (piñones grandes) para poder hacer la adaptación y centrado del
plato. Quedando así con una velocidad de 7 marchas, con el fin de poder hacer un mejor
desplazamiento de la bicicleta dependiendo de tipo de terreno o inclinación que tenga
mejorando la relación de transmisión con el motor.
Plato
Los platos (también llamados "platos", "platos" o "piñones", aunque el piñón se usa de
esta manera principalmente en la comunidad BMX ] ) enganchan la cadena para transferir
potencia a la rueda (normalmente trasera) . Por lo general, tienen dientes espaciados para
enganchar cada eslabón de la cadena a medida que pasa; sin embargo, en el pasado, algunos
diseños (llamados dientes saltados o paso en pulgadas) tenían un diente por cada otro
eslabón de la cadena.

27
Fig 14 Un plato Shimano
Fuete: https://upload.wikimedia.org/Kettenblatt.jpg
Tamaños
Por convención, el plato más grande es el exterior y el más pequeño es el interior. Los
platos varían en tamaño desde tan solo 20 dientes hasta 60 y potencialmente más.
Los platos también vienen en varios anchos nominales:
 3/16 "(4,76 mm) para bicicletas antiguas (especialmente con dientes saltados o paso
en pulgadas), bicicletas de trabajo pesado BMX, Worksman y estáticas
 1/8 "(3,18 mm) para pistas, BMX, bicicletas de crucero, una velocidad, tres
velocidades y la rara bicicleta con desviador de 3 o 4 velocidades más antigua.
 3/32 "(2,38 mm) para bicicletas de carretera, híbridas, de montaña, ruedas libres o
casetes de una velocidad y de 5, 6, 7 y 8 velocidades.
 5/64 "(1,98 mm) para cualquier bicicleta con casetes de 9 o 10 velocidades
Variaciones

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Bielas en tándem En las bicicletas tándem (bicicletas para dos o más pedalistas ), la
contribución al pedaleo de ambos ciclistas a menudo se combina y coordina mediante las
bielas. Puede haber un segundo juego de platos, a menudo en el lado opuesto del tren de
transmisión regular, uno en cada juego de manivelas y conectado por una cadena
separada. La implementación más común tiene a ambos ciclistas pedaleando exactamente al
mismo ritmo y generalmente en fase, aunque es posible configurar el sistema para pedalear
fuera de fase.
Bielas de rueda libre
Se han producido algunos juegos de bielas que incorporan un mecanismo de trinquete
para adaptarse a la inercia. En este caso, la cadena continúa girando con la rueda trasera
cuando el ciclista deja de pedalear. El objetivo final de las bielas de rueda libre es permitir
que el ciclista cambie la cadena mientras se desplaza por inercia.
Brazos de manivela independientes
Al menos un fabricante ofrece un juego de bielas en el que los brazos de las bielas
pueden girar de forma independiente.
Platos no redondos
Juego de bielas Rotor Cervelo montado con platos osimétricos no redondos

29
Fig 15 Platos osimetricos
Después de un primer producto comercializado a fines de la década de 1970
por Edmond Polchlopek , varios fabricantes han probado platos no redondos.. Estos están
diseñados para proporcionar una ventaja mecánica variable en diferentes puntos de la
carrera del pedal, cambiando efectivamente la relación de transmisión en diferentes ángulos
de rotación con la intención de ser más ergonómicos.
Sistema de caja de rotor
Rotor es el nombre comercial de un tipo de manivela que se utiliza en el sistema de
transmisión de una bicicleta. La manivela Rotor fue desarrollada por estudiantes de la
Escuela de Ingeniería Aeronáutica en Madrid, España en 1995 y luego fue comercializada.
Si bien Rotor Box tuvo éxito con los ciclistas recreativos de carretera y montaña, muchos
ciclistas competitivos continúan utilizando el sistema fijo tradicional que ofrecen los
principales fabricantes Campagnolo y Shimano .

30
Fig 16 Primer plano del eje de pedalier de bicicleta Rotor Box
Impulsión planetaria
Un juego de bielas con engranajes planetarios ofrece dos relaciones de transmisión
diferentes con un solo plato. Esto puede tener al menos dos ventajas: cambiar de marcha sin
pedalear y menos posibilidades de que la cadena se salga del plato. El Mountain Drive &
Speed-Drive de Schlumpf Innovations y el Hammerschmidt son ejemplos

31
CAPITULO III
Marco Metodológico
3.1. Diseño de la investigación
3.1.1. Tipo de investigación
Se identifica como tipo de investigación exploratoria .
3.1.1. Estrategias y métodos
El estudio y modificación de una bicicleta eléctrica de transmisión impulsado por un
motor eléctrico se llevará acabo utilizando la incorporación de sistemas de transmisión
con marchas y la incorporación de un motor eléctrico, en este caso un alternador de 80
amperes que equivale a 1.287hp. Con ayuda de fuentes de internet y caculos de técnicos
el área.
3.1.2. Técnicas
Se basará en algunos sistemas de otros fabricantes e incorporando nuevos sistemas a
dicho proyecto.

32
Se realizarán algunas observaciones de campo por mi parte.
Revisión bibliográfica documental. Se consultará libros y manuales de funcionamiento de
los sistemas, así como otros proyectos desarrollados sobre el tema.
3.1.3. Instrumentos
Los instrumentos de investigación serán:
 Los textos
 Publicaciones e información existente recopilada de fuentes de información
científica.
Determinación de la Muestra
De las fuentes Documentales de Información
Fuentes primarias
Para la realización de este proyecto se hará uso de documentos PDF, páginas web,
manuales de bicicletas.
Fuentes secundarias
Para las informaciones secundarias tomaremos en cuenta algunos apuntes recolectados en
la universidad, entrevistas de personas aficionadas en el área y recopilación de algunas
revistas y libros.

33
3.1.4. Del universo, población y muestra
No aplica al proyecto.
3.1.5. Definición conceptual y operacional de variables
Objetivo
específico
Variables
dependientes
Definición Dimensiones
(variables
independientes)
Indicadores Unidad de
Análisis
Técnicas e
instrumentos
Establecer
los sistemas
y
adaptaciones
correctas
para este
proyecto.
Tipos de
sistemas de
transmisión
motor y
electrónica.
Buscar
información de
los sistemas
adecuados
para este
proyecto
presupuesto
del proyecto en
la parte técnica
tipos de
sistemas que
hay para este
proyecto
Costos de
estos sistemas
en el mercado
Tipos de
información
como ser:
entrevistas
, páginas
web
Y
manuales.
Cálculos
y estudio de
los sistemas
(motor,
transmisión,
electrónica)
características
de sistemas de
transmisión,
motor y
electrónica.
Información
de parámetros
reales para el
estudio de este
proyecto
Fuentes de
información
relaciones con
el proyecto
Facilidad en
la realización
del proyecto
Información
requerida y
necesaria.
Adjuntar
la
información
de las
distintas
fuentes.
Definir
los
componentes
de los
diferentes
sistemas
Elementos
mecánicos y
electrónico que
conforman este
proyecto
Recaudar la
mayor
información de
estos
componentes
Componentes
mecánicos y
electrónicos
Información
y
conocimientos
de estos
componentes
Satisfacción
del objeto de
estudio
Conseguir
información
requerida
para llevar
acabo este
proyecto

34
Fuente: Elaboración Propio
CAPÍTULO IV
Análisis de la situación o diagnóstico del problema
4.1 Definiciones
El proyecto es un aporte a la sociedad boliviana en cuanto a respuestas de adecuación
y/o adaptación tecnológica, tomando le principio de Ingeniería de lograr el mejor resultado
posible optimizando los recursos al máximo
Es de esta forma que analizando los diferentes aspecto s de la construcción de bicicletas
eléctricas de forma artesanal , es que este proyecto establece un nuevo enfoque en cuanto
a la construcción de bicicletas eléctricas , a partir de una bicicleta montañera convencional
El presente ha tomado además como principio rector, el que la bicicleta permita que el
ciclista pueda también realizar una actividad física al conducir la misma, aportando a un
buen y mejor estado físico del individuo. Sin embargo de lo anterior, en ésta bicicleta

35
eléctrica el motor realiza un aporte a manera de “asistencia de potencia”, similar al
principio utilizado en la dirección hidráulica o asistida.
4.2 Niveles de asistencia al ciclista
Para el sistema de asistencia de potencia se establece los siguientes niveles:
 95% de asistencia (el conductor realiza muy poco esfuerzo físico para manejar la
bicicleta)
 75% de asistencia
 50% de asistencia ( la mas recomendable )
 20 % de asistencia que si bien implica un mayor esfuerzo físico, es también la
opción que da la mayor autonomía a las baterías.
 0% de asistencia ( usada en casos de agotamiento total de baterías o en el caso que
el ciclista no desee en ese momento una asistencia)
4.3 LA BICICLETAS ELÉCTRICAS
Qué es una bicicleta eléctrica
Una bicicleta eléctrica o eBike es una bicicleta que posee un motor eléctrico alimentado
con una batería, que nos ayuda al pedalear hasta un límite de velocidad.

36
Existen diferentes tipos de bicicletas eléctricas en el mercado, además de kit eléctricos de
conversión de bicicletas de montaña, bicicletas de ciudad y bicicletas de carretera o
trekking.
También se venden bicicletas eléctricas o Ebikes con distintos motores y baterías, que
dependiendo de donde se encuentren alojados, en el buje delantero, en la rueda trasera, en
el eje de padalier o dentro o fuera del cuadro en el caso de las baterías eléctricas.
4.3.1 CLASIFICACIÓN
Existen muchos tipos de bicis eléctricas, pero estas se pueden agrupar en tres categorías,
dependiendo del tipo de ayuda al pedaleo que otorguen al ciclista.
El peso de estas bicicletas eléctricas nunca debe sobrepasar los 40 kilogramos en ningún
caso. Si pesan más de 40 kg pasaría a la categoría de ciclomotor.
La ley también establece que deben poseer un freno delantero y otro trasero, así como
luces de posición, reflectantes y un timbre, ya sea mecánico o eléctrico.
BICICLETAS ELÉCTRICAS PEDELEC/PEDALEO ASISTIDO HASTA
25KM/H
Son la más comunes, sobre todo dentro de la Unión Europea, pues su característica
principal es que la ayuda al pedaleo del motor se corta cuando superamos los 25
km/h con la bicicleta.

37
Esto no quiere decir que no podamos ir a 40 km/h con la bici, solo que el motor nos
ayudará hasta los 25 km/h y cuando sobrepasemos esa velocidad el motor dejará de
ayudarnos.
BICICLETAS ELÉCTRICAS EPAC
La limitación viene dada por la normativa comunitaria EPAC (Electronically Power
AssistedCycles), y pese a que muchas bicicletas eléctricas, o mejor dicho, sus motores
eléctricos, poseen la capacidad o potencia mayor, la ley establece que no pueden superar
esa velocidad y su potencia nominal tiene que ser igual o inferior a 250W.
Estas deben estar bajo las normativas ISO 4210-2014 y EN 15194
Además, cualquier bicicleta EPAC está considerada a efectos legales de circulación, igual
que cualquier bicicleta convencional sin motor
Para entrar dentro del marco legal establecido para EPAC se establece:
¿Qué es una bicicleta eléctrica Pedelec?
 Pedaleo asistido hasta los 25 km/h
 Peso máximo de la bici de 40 kg
 Motor hasta 250W potencia

38
 Misma normativa que una bici sin motor
¿Qué es una bicicleta eléctrica Speed Pedelec?
 Pedaleo asistido hasta los 45 km/h
 Peso máximo de 40 kg
 Motor entre 250W y 4000W de potencia
 Pasar la ITV correspondiente
 Carnet de conducir AM
 Seguro responsabilidad civil
 Matrícula igual que un ciclomotor ligero
 Llevar casco homologado para ciclomotor
¿Qué es una bicicleta eléctrica Throttle con acelerador?
Dentro de las bicicletas eléctricas también tenemos las Throttle o eBikes con
acelerador. Este puede estar situado en el puño de la bici, en un pulsador o en un gatillo
sobre manillar e incluso en un pedal o reposa-pies como los Segways.

39
El motor de estas bicicletas no se activa cuando pedaleamos, si no cuando accionamos un
acelerador, por lo que si queremos podemos movernos sin dar un solo pedal.
Logicamente, este tipo de bicicletas están consideradas ciclomotores, y entran dentro de la
categoría L1e-A, por lo que igualmente deberemos poseer el carnet de conducir pertinente,
pasar la ITV, tener un seguro de responsabilidad civil y llevar casco.
SEGÚN EL PROCESO DE FABRICACIÓN SE CLASIFICAN EN
 Bicicletas eléctricas de línea fabrica
 Bicicletas eléctricas artesanales
PROCESO ARTESANAL
El proceso artesanal es uno de los modelos de producción más antiguos creados
por el hombre. Se caracteriza por ser una elaboración manual que se apoya en el uso de
materia prima propia de la zona (en muchos casos son recursos sostenibles), herramientas
básicas y por ser realizada por una o más personas.
De ahí que la elaboración de productos sea más lenta que en un proceso industrializado o en
masa, y le da esa característica de que cada producto final tiene un resultado único.

40
CAPITULO V
Conclusiones y Recomendaciones de la Investigación.
Con todo lo descrito en el diagnóstico de los capítulos anteriores, concluimos que es
recomendable el diseño de un modelo de bicicleta eléctrica la cual responda a una
adecuación tecnología con uso de recursos y elementos que en lo posible garanticen un
bajo costo y una optimización de gatos .
Características por considerar para el diseño.
Motor eléctrico de 700 watts AC/DC
Tipo de motor : Motor eléctrico universal
Activación de motor. Detección de torque en el pedal
Respaldo de energía: Batería de litio 42 V, 30 A.
Fig 17 Bicicleta Montañera aro29
Fuente:https://http2.mlstatic.com/D_NQ_NP_688692-MPE43936616373_102020-O.jpg

41
EL diseño se realizara a partir de un modelo de bicicleta tipo montañera , provista de
mecanismo para cambio de relación de velocidades, aros 29”,
CAPITULO VI
PROPUESTA
6.1 Título del Proyecto.
Diseño de transmisión de una bicicleta impulsado por un motor eléctrico
6.2 Descripción.
Propuesta técnica de desarrollo de elementos y adecuaciones requeridas en una Bicicleta
tipo montañera aro 29 para que trabaje como bicicleta eléctrica , utilizando recursos y
elementos adaptados o reciclados del ámbito local
6.3 Determinación de potencia requerida
El elemento gravitante en el desarrollo de cualquier vehículo es e “requerimiento de
Potencia” . En nuestro caso debemos determinar la potencia que se debe suministrar a la
bicicleta para los diferentes recorridos que pueda realizar.
Los elementos a considerar para el cálculo de la potencia
 Masa (o peso) del vehículo (bicicleta)

42
 Sección del movil : 0,55x1,8=099 m2
 Aceleración que será capaz de ejercer ( diferencia entre velocidades)
 Velocidad constante
 Distancias a recorrer
 Coeficiente de rodadura (la fuerza que debe ejercer el vehículo para mantener su
velocidad)
 Diferencia de alturas en el recorrido
 Peso del ciclista y bicicleta
6.4 Desarrollo de cálculos de Potencia .
Peso bicicleta: 15Kg
Peso Ciclista (consideremos un peso cercano al máximo regular. ) 82 Kg
Peso de Mochila , cualquier elemento de peso que lleve consigo el ciclista :10K
Peso Pack de baterías : 8 Kg.
Peso motor eléctrico : 2,5Kg.
Peso otros varios :3 Kg
Peso total máximo esperado 120Kg.

43
Tabla de velocidades promedio de un ciclista
Partamos de la pregunta, ¿qué tan rápido es rápido en la bicicleta?
La siguiente tabla representa la velocidad promedio en una bicicleta de ruta tomando en
cuenta las variables más comunes y basada en cómo se compara el desempeño de un
ciclista profesional con uno promedio.
Promedio profesional
Velocidad media en terreno
plano
29km/h 42km/h
Velocidad promedio en
subida con 5% de inclinación
15km/h 24km /h
Velocidad promedio en
subida con 8% de inclinación
11km/h 9km/h
Velocidad en un descenso 75-83km/h 111-130km/h
Media de watts sostenibles
durante 1 hora (FTP)
200 watts 415 watts

44
Tabla 1 Velocidades promedio de un ciclista
ACELERACIÓN, VELOCIDAD Y RECORRIDO MÁXIMO:
Por definición , la aceleración es el cambio de velocidad en el tiempo :
a= ∆v/∆ t
6.4.1 DESARROLLO DE CALCULOS DE POTENCIA
Con los datos anteriores, se procede a realizar los cálculos de potencia requerida.
El cálculo de potencia está relacionado a las fuerzas que debe vencer el vehículo para
despalmarse de un lugar a otro. Estas fuerzas concurrentes además son:
 Fuerza debida a la aceleración
 Fuerza de rodadura
 Fuerza de resistencia aerodinámica
 Fuerza debida a la diferencia de altura (gravedad)
 La sumatoria de fuerzas concurrentes en el vehículo , por la distancia que este recorra,
nos proporcionará el trabajo realizado (W) por el vehículo en el recorrido
W= F x D
Sprint de 5 segundos 53km/h – 700 watts
65km/h -1250
watts

45
Del mismo modo , el trabajo realizado en la cantidad de tiempo empleado para dicho
trabajo , nos dará como resultado la potencia requerida para el vehículo
P= w/t
Fuerza de aceleración. Para determinar la aceleración, establecemos las velocidades
requeridas.
La velocidad promedio es de 29 Km/h
Para determinar la aceleración debemos plantear el tiempo en el que queremos que la
bicicleta llegue a cierta velocidad.
Para un vehículo de combustión de 1600 cc , se establece un 0-100 Km/h en 10 seg . (Si
tomamos los 10 seg, establecemos que la aceleración debe ser de
a= ∆v/∆t; a= 100 km/h / 10 seg. (pasando todo al Sistema metro , grado ,
segundo)
V= 100Km/h = 27,7 m/s
a= 27,7 m/s / 10 s = 2,77 m/seg2.
Tiempo en llegar a los 35 Km/h ( 9,7 m/s) = 3,5 seg
En nuestro caso no contamos con un motor de 1600 cc (100 hP a 3500 rpm), contamos
con un motor de 700w/h ( 0,95 hp), Si establecemos el tiempo proporcionalmente a la

46
potencia que cada uno, el tiempo para llegar a los 29 Km/h ( 8,05 m/s) debería ser 106 veces
más grande de donde
Basados en la experiencia , determinamos que el tiempo para llegar a los 29 Km/h 10 seg
Aceleración para alcanzar los 29 Km/h ( 8,05 m/s) en 10 seg.
a = ∆v/∆t; a = 805m/s / 10 s = 0,805 m/s2
con la aceleración , masa y velocidad , establecemos :
Fuerza para acelerar: (0,805 m/s2)
Fa= m x a : Fa = 120 Kg x 0,8 m/s2
Fa = 96 N.
Fuerza de Rodadura:
Fr= Cr x m x a
Fr= 0,0016 x 260 Kg x 0,32 m/s2
Fr= 0,136
Cr= coeficiente de
rodadura 0,016
M= masa
a= aceleración

47
Fuerza resistencia aerodinámica
Faer= 1/2 Cae x ρ v2 x A
Faer= 1/2 x 1, x 0,93 Kg/m3 x (8.05 m/s)2 x 0,4 m2
Fraer= 12,05N
Fuerza total = F. acel + F. rodadura + F aer
F tot = 96 + 0,136 + 12,05 = 1081N
F tot= 108,1,N
Trabajo para acelerar de 0 a 29 Km/h
W= F x d
D= distancia recorrida durante la aceleración
Vf
2= Vi
2+ 2 a x d
d= (Vf – Vi )/ 2a ; d= 8,0 2/ (2 x 0,32) = 101 mts
d= (8,05m/s)2/(2*0,805m/s2)= 40 mts
Cae= Coeficiente
aerodinámico =1
Ρ = densidad del
aire
A= área o
sección transversal
del vehículo

48
W = 108,1 N x 101 m =10918 Julios
W = 108,1 N x 40 m =4320Julios
POTENCIA
P= W/t ; P= 10918 J / 30s = 363 Watt
P = 4320/10 = 432 Wats
Pero como el mínimo de arranque es ,95% y el segundo mínimo es ,75%,
tomamos un promedio entre los dos , de donde se tiene que par llegar a los 29 Km /
con un mínimo esfuerzo se requiere
(432 * 0,95 + 432*0.75)/2= 363 Wats
Por tanto , cada vez que la bicicleta parta del reposo y acelere hasta los 29 Km/h
requerirá de 363 Watts de potencia
Para mantener una velocidad promedio requerirá solamente vencer la resistencia
aerodinámica con una fuerza de 12,05 N

49
Tenemos que la potencia será= FxV
Pmov= 12,05 N x 8,05 m/s
Pmov= 97 wats
Potencia para acelerar
P= 363 Watts
P
Potencia para mantener velocidad
Pmov= 97
6.5 UBICACIÓN DEL MOTOR
Para la ubicación del motor se ha tomado en cuenta que la bicicleta debe mantener el
equilibrio , por medio de la ubicación adecuada del centro de masa. Por esta razón se
descartó cualquier ubicación del motor que no esté conservando el centro e masa.

50
El motor esta ubicado en el centro del cuadro de la misma, dado que el tamaño del motor
permite su ubicación sin ninguna obstrucción. Para posicionar el motor fue necesario
diseñar un sistema da acoplamiento el cual entregue la potencia por la misma que se
utiliza para transmitir el movimiento de los pedales.
Fig 18 Ubicación motor eléctrico
Fuente : elaboración propia

51
6.6 VELOCIDAD ANGULAR DE LA RUEDA POSTERIOR
Para determinar la velocidad angular de la rueda (RPM) a la que gira, determinamos la
velocidad lineal promedio de la bicicleta
VL= 29Km/h= 8,05 m/s
Diámetro de la rueda = 29”= 73,66 cm
Perímetro de la rueda = 𝜋 x D = π x73,66 = 231,4 cm= 2,31 mts
Por tanto par llegar a la velocidad de 805 m/s requerimos una velocidad angular que se
obtiene de dividir la velocidad lineal entre el perímetro
Velocidad angular = 8,05 / 2,31= 3,48 rev / seg = 209 rev/min
Determinación del torque
Se define el torque como el resultado de la fuerza por la distancia al eje
T= Fxd
Fuerza
se define como la fuerza que se requiere para vencer la fuerza de rodadura mas la
fuerza de resistencia aerodinámica mas la fuerza necesaria para llevar la bicicleta del
reposo a la velocidad de 29 Km/h esta fuerza como se terminó en el punto 6.4.1 tiene un
valor de 108,1 N.

52
Por tanto, el torque será entonces :
T= 108,1 N x 0,73/2 mts
T = 108,1 N x 0,365 mts
|| T= 39,45 Nm
T= 3,9 KgFm
6.7 RELACIÓN DE VELOCIDADES ANGULARES PIÑON CATALINA
La casetera del la rueda trasera tiene acoplados 7 piñones con números de dientes que
van dl 13 al 28. La catalina cuenta con 3 discos de cuyos dientes van del 36, 42 y 48. Sin
embargo en esta proyecto solo se usara una catalina , la de 48 dientes puesto que se
contará con el apoyo del motor eléctrico para que el esfuerzo al pedalear sea menor,
logrando fácilmente llegar a la velocidad deseada .
Tabla 2 Relación velocidad para bicicleta eléctrica
# DIENTES CATALINA # DIENTES CASSETTE RELACIÓN RPM
48 13 3,200 56,630
48 15 3,200 63,310
48 17 2,824 74,008
48 19 2,526 81,64
48 21 2,286 91,426
48 24 2,000 104,5
48 28 1,714 121,93

53
CATALINA DE TRACCIÓN DEL MOTOR ELÉCTRICO
Al motor eléctrico se le acoplara una catalina de 13 dientes de tal forma que la relación
de revoluciones será la misma que en la rueda , cuando la cadena este alineada en la
casetera con el piñón de 13 dientes
TORQUE SUMINISTRADO POR EL MOTOR
El motor es un motor universal de 700Watts en corriente alterna.
EL motor trabajara con corriente continua a 36 Vols. El uso de corriente continua conlleva
la ventaja de brindar un mayor torque debido a la disminución de corrientes parasitas.
Por esta razón para el calculo del torque consideramos el total de la potencia del motor, esto
es 700Watts
Potencia : 700 Watts = 0,94 Hp
RPM : 209

54
Par =
0,94∗716
209
Par = 3,22 Kg - m
EL par requerido por la bicicleta es de 3,9 Kg-m y como puede apreciarse, el par
producido por el motor es ligeramente menor. No obstante, se debe aclarar que el análisis
se realizó para un caso extremo , esto este que la bicicleta parte del reposo y acelera hasta
los 29 Km/h. debe estar claro para nosotros dos aspectos adicionales.
 La bicicleta, cuando está en movimiento, requiere un par mucho menor del
que requiere para ir del reposo hasta los 29Km/h
 La bicicleta para que el motor entre en funcionamiento requiere
obligatoriamente el aporte de un torque por parte del ciclista. (ver punto 4.2)

55
6.8 ESQUEMA ELECTRICO DE MODIFICACION MOTOR AC – DC
La amoladora que se utiliza para impulsar la bicicleta es un motor universal en 220 V,
la cual tiene un esquema de conexión en serie
Fig 19 Representación esquemáticaMotor en serie
Fuente elaboración propia
Para el cambio a Corriente Directa , podemos hacer una conexión en serie o en paralelo
, conforme se muestra en la figura .
Para el reemplazo con Corriente continua, se determina el voltaje real que actúa sobre
cada bobina en el motor en corriente alterna
220 V
M
1
L1 L2

56
6.8.1 VALOR EFICAZ DE VOLTAJE
Se llama valor eficaz de una corriente alterna, al valor que tendría una corriente
continua que produjera la misma potencia que dicha corriente alterna, al aplicarla sobre
una misma resistencia.
Es decir, se conoce el valor máximo de una corriente alterna (I0).
Se aplica ésta sobre una cierta resistencia y se mide la potencia producida sobre ella.
A continuación, se busca un valor de corriente continua que produzca la misma potencia
sobre esa misma resistencia. A este último valor, se le llama valor eficaz de la primera
corriente (la alterna).
Para una señal sinusoidal, el valor eficaz de la tensión es:
6.8.2 VALOR MEDIO
Se llama valor medio de una tensión (o corriente) alterna a la media aritmética de
todos los valores instantáneios de tensión ( o corriente), medidos en un cierto intervalo de
tiempo.

57
En una corriente alterna sinusoidal, el valor medio durante un período es nulo: en efecto,
los valores positivos se compensan con los negativos. Vm=0.
Fuete http://www.ifent.org/lecciones/CAP08
En cambio, durante medio periodo, el valor medio es siendo V0 el valor
máximo.
Fuete http://www.ifent.org/lecciones/CAP08
A partir de las fórmulas anteriores determinamos el voltaje medio que actúa sobre le
motor de Corriente alterna

58
Valor máximo d voltaje :
El voltaje eficaz es 220 V, de donde entonces el Voltaje máximo es :
V0 = 220 * √2 = 311 V.
El valor del voltaje promedio a su vez es:
Vm = 2*311/ π
Vm= 198 V.
Debemos tomar en cuenta la configuración de la instalación de las bobinas. Como se
vio en la fig 6.8 es ua distribución en serie .
De acuerdo a las leyes de Kirchof el voltaje en un arreglo en serie disminuye según
la resistencia equivalente de cada una .
Si si suponemos , para simplificar que los valores son iguales , entonces tenemos que
el voltaje en cada de las bobinas será de voltaje promedio dividido entre 3
Por tanto el Voltaje efectivo en cada bobina ; 198 / 3 = 66 V

59
Esto significa que el campo magnético “B” que se genera en este motor es equivalente
al campo que se genera en un embobinado con 66 V de CC.
Por lo anterior y tomando en cuenta que se desea trabajar con voltajes bajos , y que las
batería comerciales más comunes en el mercado son de 48 V , es entonces que se
modificar el motor para tener un arreglo en paralelo , de tal forma que cada bobina cuente
con un voltaje de 48 V en pico
Fig 20 Disposiciónde bobinas y rotorMotor CC
Fuente ; elaboraciónpropia
M
L1
L2

60
6.9 Control de velocidad del motor:
Como se mencionó en el punto 222, en los motores de corriente continua se puede
también controlar su velocidad con la modulación del acho de pulsos concretos de
corriente PWM. El sistema el control de velocidad PWM tiene la ventaja de trabajar con el
máximo voltaje , logrando que la respuesta del motor siempre sea a torque máximo
controlando la velocidad de giro modulando el ancho de los pulso..
El controlador cuenta también con selector para determinar potencia o asistencia en la
marcha, que realiza el motor cuando el ciclista pedalea. Esta asistencia esta controlada por
medio de un selector instalado en el volante (como selector de velocidades), constituido
por un arreglo de 5 resistencias seleccionables (ver 4.2) cuya señal se envía como
multiplicador de un amplificador de pulso, el cual a su vez amplifica la señar que recibe
del potenciómetro (sensor de torque) que es activado cuando el ciclista pedalea.
M
Motor CC
Selector R
Swich
control PWM
Potenciometro

61
Fig 21 Diagrama eléctrico control motor bici eléctrica
Fuente: diseño propio
6.10 POSICIONAMIENTO ESPACIAL DE COMPONENTES
Los nuevos elementos a instalar en la bicicleta : la batería, el motor 700 Watts, el
selector de asistencia, potenciómetro , controlador de velocidad PWM se pueden apreciar
en su ubicación espacial en la siguiente figura :
Fig22 Ubicación elementos transmisión
Fuente ElaboraciónPropia
1 Motor 700 Watts ,
Motor universal modificado de Corriente Alterna a Corriente continua , con sistema de
bobina en paralelo. Adecuada con piñon libre de 12 dientes en el eje
2 Potenciómetro

62
Cuya función es la de entregar una señal adecuada par el nivel de velocidad que
requiera el ciclista. El potenciómetro está montado en un tesador de cadena , en el cual
siendo del tipo articulado se montó el potenciómetro
Fig23 Tesador de cadena
3 piñón de apoyo,
Piñón libre de 14 dientes, soportado en un eje el cual esta soldado el parante del
cuadro de la bicicleta. Su objetivo es de mantener el contacto entre la cadena y el piñón
de tracción del motor

63
Fig24 . Diseño esquemáticopiñónde bicicleta
Fuente https://es.aliexpress.com/item/32350381720.htm
4 Bateria de litio. 48 V , 20 Ah,
Fig 25 Bateria de litio
Fuente https://ae01.alicdn.com/kf/He7bcb31bf79b43b78e43a442b7707c48H.jpg?
Adicionalmente a estos elementos mecánicos descritos, también se debe realizar una
adecuación en la catalina de la bicicleta.

64
Catalina de la bicicleta Es un elemento de tracción fijo, pero dado que se está adicionado
otro elemento de tracción en la misma línea de cadena, es necesario que la catalina tenga
un desplazamiento libre , similar al del piñón libre que se usa en la rueda trasera
Fig26. Catalina de movimiento libreFuente :
https://sc02.alicdn.com/kf/HTB1_g7baBiE3KVjSZFMq6zQhVXas.jpg
ELEMENTOS DEL SISTEMA DE CONTROL
Control de velocidad PWM. .

65
Este elemento es el encargado de suministrar energía al motor , de manera controlad
según el requerimiento que recibe.
El control de potencia se lleva a cabo por medio de un potenciómetro lineal
FIG 27 control de velocidad PWM
FUENTE: https://es.aliexpress.com/item/4000229807552.html?
Selector de potencia de apoyo.-

66
Adecuación de resistencia adaptadas en selector de marcha
Fig28 Selector de velocidades Shimano
Fuente: https://es.aliexpress.com/item/4000076610755.html?spm736f1&algo_ -
Los detalles de funcionamiento del selector de potencia están descritos en el punto 2.2 y
2.3
6.11 LÓGICA DE FUNCIONAMIENTO DEL CONTROLADOR .:
El controlador de velocidad PWM , modula un ancho de pulso que envía al motor de
CC, el ancho de este pulso determina la ganancia o porcentaje del tiempo que el motor
tiene energía y puede moverse en el rango de 0% hasta 100%
La modulación depende de la orden recibida de un potenciómetro, en nuestro caso este
potenciómetro está situado en el elemento testador de cadena, de tal forma que cuando

67
conductor pedalea , tiende a tesar la cadena, lo cual mueve el eje del testador, este
movimiento rotacional hace girar unos grados el potenciómetro.
La señal del potenciómetro es amplificada , por medio de un amplificador operacional ,
el cual a du vez determinar el grado de la amplificación en base al arreglo de resistencia, la
cual es seleccionada por el ciclista en el manillar de la bicicleta.
6.12 PRESUPUESTO
Para la estimación del presupuesto, se ha tomado en cuenta los elementos que se
encuentran en el mercado boliviano o aquellos que son de fácil adquisición o
importación, por medio del operador de empresas en la red Alibaba, aliexpres, de donde se
han obtenido los precios de referencia y costo de envió
En este presupuesto se ha considerado que se cuenta con una bicicleta tipo montañera, por
lo cual la referencia de costo es a la modificación y adecuaciones necesarias para que
una bicicleta montañera cualquiera pueda ser adaptada y trabajar como e-bike (cici
eléctrica)

68
Tabla 3 Presupuesto para adecuación a e-bike
6.13 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
En nuestro país como en la mayoría de los países del mundo, la necesidad de transportarse
es crucial , pero esto a llevado al incremento desmesurado de unidades motorizadas
El transportarse en Bicicleta es una alternativa que de bajo costo, no contaminante y
coadyuva a la buena salud. Sin embargo, muchas veces las distancia pueden ser más largas
y cansadoras de lo esperado . Para esta situación se ha desarrollado elementos que permiten
brindar un apoyo de energía al ciclista, por medio de un motor eléctrico.
En el presente trabajo , se ha demostrado la viabilidad técnica de adecuar una bicicleta para
que funcione con un motor eléctrico de bajo costo y de fácil acceso en el mercado. Se ha
trabajado con un motor universal adecuándolo de CA a CC. Estos motores son muy
comunes en nuestro medio, presentes en muchos artículos de uso eléctrico como taladros ,
amoladoras, motores de lavadora y otros; están presentes también este tipo de motores en
CONCEPTO cantidad P/u BS total Bs lugar de compra
Amoladora angular CROWN, 750 Watts. 1 280 280 local
Piñon libre 12 dientes 2 25 50 local
Juego de catalina libre + pedales + accesorios 1 172 172 importado , 11 us FOB
tesador de cadena 1 136 136 importado , 7 us FOB
cambiador de velocidad Shimano, par 1 160 160 local
contolador de velocidad PWM 1 136 136 Importado , 5,32 Fob
Batería de bicicleta eléctrica Hailong 18650, 42 V 1 1356 1356 Importado 149 CIF
Controlador 555 , resistencias, placa y
accesorios electronicos , cables y conectores 1 210 210 local
Pernos y elemtos de fijacion 1 86 86 local
Trabajo tecnicos , 2 dias 2 250 500 local
TOTAL BS 3086,00
TOTAL US 444,67

69
os generadores y dinamos de los automóviles. Es por tanto claro que estos motores son de
fácil acceso , sean nuevos o reciclados.
El sistema de control desarrollado en el te trabajo , es un sistema de mucha simpleza, pero
muy efectivo para el control de velocidad.
De lo anteriormente descrito es que recomendamos que se continúen trabajos de
implementación de este proyecto.
CAPITULO VII
ANEXOS
7. COMPONETES Y ACCESORIOS PARA IMPORTACION
7.1. Controlador PWM

71
7.2. TESADOR DECADENA
https://es.aliexpress.com/item/4000076610755.html?spm=a2g0o.productlist.0.0.79a5418
3txEDU0&algo_pvid=b47e86ad-0354-43db-a2dd-75c0022736f1&algo_exp_id=b47e86ad-

72
0354-43db-a2dd-75c0022736f1-
18&pdp_ext_f=%7B%22sku_id%22%3A%2210000000199129310%22%7D
7.3. MANDOS DE VELOCIDAD

73
https://es.aliexpress.com/item/4000229807552.html?spm=a2g0o.productlist.0.0.5cd7200
fQWs7Z2&ad_pvid=202109091234503490635504563700002164621_4&s=p

74
7.4. Catalina libre de bicicleta

75
https://sc02.alicdn.com/kf/HTB1_g7baBiE3KVjSZFMq6zQhVXas/230100417/HTB1_g7b
aBiE3KVjSZFMq6zQhVXas.jpg
8. BIBLIOGRAFIA
2018, electrobicis.com. (s.f.). electrobicis.com. Recuperado el Enero de 15 de 2019, de
electrobicis.com: www.electrobicis.com/noticias/fabricantes-bicicletas-
electricas/ducatipresentaebikes2018
ELÉCTRICOS, M. (s.f.). http://motores.nichese.com. Obtenido
http://motores.nichese.com: http://motores.nichese.com/brushless.htm
GIANT. (2008). retrobike.co.uk. Recuperado el 13 de Diciembre de 2018, de
retrobike.co.uk: retrobike.co.uk

76
MOTORES ELÉCTRICOS. (2014). http://motores.nichese.com. Obtenido de
http://motores.nichese.com: http://motores.nichese.com/brushless.htm
Navarro. (2010). Potencia generada por el cuerpo humano.
Otero, A. (12 de Mayo de 2014). autopista.es. Obtenido de autopista.es:
https://www.autopista.es/tecnologia/articulo/bmw-cruiser-e-bike-bicicleta-electrica-100-
km-autonomia-100541
Terol, E. (02 de Octubre de 2013). ecoavant.com. Recuperado el 17 de Enero de 2019,
de ecoavant.com: http://www.ecoavant.com/es/notices/2013/10/la-bicicleta-conquista-
europa-1823.php?fbclid=IwAR2nJfpZyEieqTHe7Ls7l-PUHitP4ivfS-t3z5FZB8Kpd-
FbvYRK4kKIzNU
Sánchez, Víctor. (s. f.). Partes de una bicicleta y funciones que un ciclista debe saber. 16
de marzo de 2020, de https://blog.terranea.es/partes-bicicleta/
El Equipo BIOBIKE. (2020, febrero 20). Los mejores motores de 2020 para bicicleta
eléctrica. 15 de mayo de 2020, de https://www.biobike.es/2020/02/20/los-mejoresmotores-
de-2020-para-bicicleta-electrica/
Qué es mejor, manillar de carbono o aluminio. (2017, mayo 5). 19 de mayo de 2020, de
https://blog.retto.com/que-es-mejor-manillar-de-carbono-o-aluminio/

77
BIKESTER. (s. f.). Varias consultas las primeras semanas de mayo de 2020, de
https://www.bikester.es/
Alibaba - la plataforma de comercio entre empresas en línea ... (s. f.). Varias consultas
las primeras semanas de mayo de 2020, de https://spanish.alibaba.com
Bafang. (s. f.). Varias consultas las primeras semanas de mayo 2020, de https://
www.bafang-e.com/home/
Circuito equivalente del notor de
induccion./patricioconcha.ubb.cl/maquinas/paginas/mom.vel.materia.htm
ELECTRICIDAD INDUSTRIAL (jueves, 10 de septiembre de 2015)
http://jaimegotopo.blogspot.com/2015/09/electricidad-industrial.html
Motor Universal https://automatismoindustrial.com/curso-carnet-instalador-baja-
tension/motores/1-3-4-motor-asincrono-monofasico/motor-universal/
Motores electricos https://www.mheducation.es/bcv/guide/capitulo/8448173104.pdf
Fernando Álvarez González, "High efficiency electric generator for chain-less bicycle",
Julio 2014.
Enrique Rodríguez Díaz, "Design and simulation of an electrical power system of a pure
electric bicycle", Enero 2014.

78
UNE-EN 14764. Bicicletas de paseo, requisitos de seguridad y métodos de ensayo.
Noviembre 2006.
Tejvan, “The growth of bike sharing schemes across globe,” IBM Journal of Research
and Development, Octubre2013.

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