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Evaluación de la eficiencia energética de motocicletas a combustión interna en un escenario de conducción urbana del entorno UTS
| dc.rights.license | restringido | es_ES |
| dc.contributor.advisor | Angulo, Carlos | |
| dc.contributor.author | Zambrano Gómez, Daniela | |
| dc.contributor.other | Dulcey Diaz, Diana Carolina | |
| dc.contributor.other | Sandoval Rodríguez, Camilo Leonardo | |
| dc.date.accessioned | 2026-10-13T17:59:56Z | |
| dc.date.available | 2026-10-13T17:59:56Z | |
| dc.identifier.uri | http://repositorio.uts.edu.co:8080/xmlui/handle/123456789/25448 | |
| dc.description | Movilidad Ingenieria Mecánica | es_ES |
| dc.description.abstract | El presente proyecto tuvo como objetivo determinar el consumo energético específico de motocicletas de 150 cc con sistema de alimentación por carburador e inyección electrónica, y estimar el comportamiento energético del parque motociclista del entorno de la Institución Universitaria Tecnológica de Santander (UTS), con el fin de proponer estrategias de movilidad sostenible. La metodología integró la caracterización tecnológica y operativa del parque motociclista mediante una encuesta a la comunidad estudiantil (n = 406), la construcción de un ciclo de conducción representativo a partir de mediciones de velocidad y tiempo con GPS logger en la ruta urbana de mayor uso, y la aplicación de un modelo energético simplificado basado en las fuerzas resistivas al movimiento (rodadura, aerodinámica, gravitacional e inercial), calibrado mediante ensayos en banco de rodillo de dos motocicletas representativas de cada tecnología. Los resultados evidenciaron que la motocicleta con inyección electrónica presentó un consumo específico 17,36 % menor que la motocicleta carburada (3,989 frente a 4,827 L/100km) bajo el ciclo de conducción representativo, diferencia estadísticamente significativa (p < 0,001) tanto en el análisis global como por régimen de aceleración. El segmento de 125-150 cc, identificado como predominante en el parque encuestado (60,34 %), permitió extrapolar los resultados al comportamiento energético del parque, estimándose una reducción potencial del 11,09 % en el consumo y las emisiones de CO2 ante una eventual adopción total de inyección electrónica en dicho segmento. Se concluye que la inyección electrónica constituye una alternativa energéticamente más eficiente que el carburador en condiciones reales de circulación urbana, formulándose estrategias de movilidad sostenible fundamentadas en evidencia cuantitativa. Como aporte adicional, se desarrolló y validó un algoritmo de predicción, complementado con una herramienta interactiva de acceso web, que permite estimar el comportamiento energético del parque bajo distintos escenarios de composición tecnológica y patrones de uso | es_ES |
| dc.description.sponsorship | N/A | es_ES |
| dc.description.tableofcontents | TABLA DE CONTENIDO RESUMEN EJECUTIVO ....................................................................................................... 13 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 14 1. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN .................................................... 17 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................... 17 1.2. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................ 18 1.3. OBJETIVOS .................................................................................................................. 20 1.3.1. OBJETIVO GENERAL ................................................................................................ 20 1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS....................................................................................... 20 1.4. ESTADO DEL ARTE ...................................................................................................... 20 2. MARCO REFERENCIAL .................................................................................................. 25 2.1. MARCO TEÓRICO ............................................................................................................. 25 2.1.1. Movilidad en motocicletas en entornos urbanos y universitarios y su relación con el consumo energético y el uso cotidiano por parte de los estudiantes. .......................... 25 2.1.2. Conceptos básicos de eficiencia energética en vehículos, indicadores de consumo de combustible y factores que influyen en el gasto energético durante la conducción. ................................................................................................................ 25 2.1.3. Diferencias tecnológicas entre motocicletas carburadas e inyección electrónica y su impacto en la eficiencia del consumo de combustible. ................................................ 26 2.1.4. Ciclos de conducción como representación del comportamiento real de los vehículos en ciudad y su influencia en el consumo energético. .................................. 26 2.1.5. Fuerzas que afectan el movimiento de una motocicleta: rodadura, resistencia aerodinámica, aceleraciones, masa del sistema y condiciones de pendiente. ............ 27 2.1.6. Métodos de medición de consumo energético. ........................................................... 28 2.1.7. Modelos de predicción o clasificación basados en aprendizaje automático. ............... 29 2.2. MARCO LEGAL ................................................................................................................. 29 2.3. MARCO CONCEPTUAL ...................................................................................................... 30 2.3.1. Fórmula Haversine ..................................................................................................... 30 2.3.2. Derivada discreta ........................................................................................................ 31 2.3.3. Filtro de Savitzky-Golay .............................................................................................. 31 2.3.4. Filtro de Butterworth ................................................................................................... 32 2.3.5. Error absoluto medio (MAE) y error cuadrático medio (RMSE) ................................... 32 2.3.6. Prueba de Wilcoxon ................................................................................................... 32 2.3.7. Prueba Jonckheere-Terpstra ...................................................................................... 33 2.3.8. Prueba Kruskal-Wallis ................................................................................................ 33 2.3.9. Comparaciones post-hoc mediante la prueba Mann-Whitney U con corrección de Bonferroni ................................................................................................................... 33 2.3.10. Rango Intercuartílico (IQR) y Criterio de Tukey .......................................................... 34 2.3.11. Estandarización tipo z-score ....................................................................................... 34 2.3.12. Criterio de Kaiser ........................................................................................................ 34 2.3.13. Varianza explicada y acumulada ................................................................................ 34 2.3.14. Clustering jerárquico aglomerativo con enlace de Ward ............................................. 35 2.3.15. Método K-means ........................................................................................................ 35 2.3.16. Epsilon al cuadrado .................................................................................................... 35 2.3.17. Error relativo (RE) ....................................................................................................... 35 2.4. MARCO AMBIENTAL ......................................................................................................... 36 2.5. MARCO HISTÓRICO .......................................................................................................... 37 3. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................................... 39 4. DESARROLLO DEL TRABAJO DE GRADO ................................................................... 40 4.1. CARACTERIZAR EL PARQUE DE MOTOCICLETAS DE LOS ESTUDIANTES DE LA UTS MEDIANTE LA APLICACIÓN DE ENCUESTAS Y ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LAS TECNOLOGÍAS PREDOMINANTES, PARA SELECCIONAR MOTOCICLETAS REPRESENTATIVAS DE TIPO CARBURADO Y DE INYECCIÓN ELECTRÓNICA QUE SERÁN EVALUADAS EXPERIMENTALMENTE. ..................................................................................................... 40 4.2. DEFINIR UN CICLO DE CONDUCCIÓN REPRESENTATIVO DE UNA RUTA URBANA CONGESTIONADA DEL ENTORNO UTS MEDIANTE MEDICIONES EN CAMPO DE VARIABLES COMO VELOCIDAD Y TIEMPO RECORRIDO PARA ESTABLECER LAS CONDICIONES DE ENSAYO EN EL CONTEXTO LOCAL. ..................................................................................... 45 4.2.1. Identificación del tramo ............................................................................................... 48 4.2.2. Revisión de calidad de datos ...................................................................................... 49 4.2.3. Cálculo de la aceleración instantánea ........................................................................ 52 4.2.4. Filtrado y suavizado de la señal de velocidad ............................................................. 55 4.2.5. Perfil altimétrico – elevación (altura) vs. distancia (GPS Visualizer)............................ 58 4.2.6. Cálculo de la pendiente .............................................................................................. 59 4.2.7. División en microviajes ............................................................................................... 63 4.2.8. Caracterización de los microviajes.............................................................................. 68 4.2.9. PCA (Principales Componentes de análisis) ............................................................... 70 4.2.10. Agrupamiento / Clustering .......................................................................................... 73 4.2.11. Interpretación física de los Clustering ......................................................................... 76 4.2.12. Revisión de error ........................................................................................................ 80 4.3. DETERMINAR EL CONSUMO ENERGÉTICO ESPECÍFICO DE MOTOCICLETAS MEDIANTE LA IMPLEMENTACIÓN DE UN MODELO ENERGÉTICO SIMPLIFICADO BASADO EN LAS FUERZAS RESISTIVAS AL MOVIMIENTO VEHICULAR UTILIZANDO UN GPS LOGGER EN LA RUTA SELECCIONADA PARA COMPARAR LA EFICIENCIA ENERGÉTICA ENTRE AMBAS TECNOLOGÍAS BAJO CONDICIONES REALES DE CIRCULACIÓN URBANA. ............................... 83 4.3.1. Definición del modelo energético simplificado y sus supuestos .................................. 84 4.3.2. Estimación de los parámetros físicos comunes del modelo ........................................ 87 4.3.3. Preparación de las variables de entrada desde el GPS .............................................. 89 4.3.4. Cálculo de la fuerza resistivas total instante a instante ............................................... 91 ELABORADO POR: Docencia REVISADO POR: Sistema Integrado de Gestión APROBADO POR: Líder del Sistema Integrado de Gestión FECHA APROBACIÓN: Octubre de 2023 4.3.5. Cálculo de la potencia mecánica instantánea ............................................................. 94 4.3.6. Conversión de la potencia mecánica en la fuente de energía ..................................... 95 4.3.7. Determinación del consumo especifico de combustible (BSFC) de cada motocicleta . 97 4.3.8. Cálculo del consumo de combustible en el ciclo de conducción. .............................. 100 4.4. ESTIMAR EL COMPORTAMIENTO ENERGÉTICO DEL PARQUE MOTOCICLISTA EN EL ENTORNO UTS MEDIANTE LA EXTRAPOLACIÓN DE LOS RESULTADOS EXPERIMENTALES OBTENIDOS Y EL USO DE LOS DATOS REFERENCIA DISPONIBLES, PARA PROPONER ESTRATEGIAS DE MOVILIDAD SOSTENIBLE ORIENTADAS A LA REDUCCIÓN DEL CONSUMO ENERGÉTICO Y DE EMISIONES EN LA ZONA ESTUDIADA. ................................................................................ 103 4.4.1. Determinación del segmento de mayor representatividad y delimitación de la cobertura experimental ............................................................................................. 103 4.4.2. Extrapolación de los resultados energéticos al segmento predominante .................. 104 4.4.3. Estimación del comportamiento energético por tecnología ....................................... 109 4.4.4. Estimación de emisiones de CO2 por tecnología ...................................................... 111 5. RESULTADOS ............................................................................................................... 114 5.1. DOCUMENTO TÉCNICO CON LA CARACTERIZACIÓN TECNOLÓGICA Y OPERATIVA DEL PARQUE MOTOCICLETAS DE LOS ESTUDIANTES DE LA UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDER, QUE INTEGREN LAS VARIABLES A ESTUDIAR COMO SON: MARCA, CILINDRAJE, AÑO DEL MODELO, TIPO DE TECNOLOGÍA DE ALIMENTACIÓN (CARBURADA O INYECCIÓN ELECTRÓNICA). .............................................................................................................. 114 5.2. CICLO DE CONDUCCIÓN REPRESENTATIVO DE UNA RUTA URBANA CONGESTIONADA DEL ENTORNO UTS, OBTENIDO A PARTIR DE MEDICIONES EN CAMPO VELOCIDAD VS. TIEMPO CON GPS LOGGER. ........................................................................................................ 116 5.3. MATRIZ DE RESULTADOS CUANTITATIVOS QUE CONTENGA LOS VALORES DE CONSUMO ENERGÉTICO ESPECÍFICO (L/100 KM O KM/L) ESTIMADOS MEDIANTE EL MODELO ENERGÉTICO SIMPLIFICADO, DIFERENCIADOS: TIPO DE TECNOLOGÍA DE ALIMENTACIÓN (CARBURADA VS. INYECCIÓN ELECTRÓNICA), PERFIL DE VELOCIDAD (CICLO REPRESENTATIVO OBTENIDO). ........................................................................................ 120 5.4. DOCUMENTO DE ANÁLISIS Y RECOMENDACIONES TÉCNICAS PARA LA MOVILIDAD SOSTENIBLE. ................................................................................................................. 121 5.5. ALGORITMO PARA LA PREDICCIÓN DEL COMPORTAMIENTO ENERGÉTICO EN DIFERENTES ESCENARIOS .................................................................................................................. 123 5.5.1. Algoritmo en Python ................................................................................................. 123 5.5.2. Herramienta de cálculo interactiva (aplicación web) ................................................. 139 6. CONCLUSIONES ........................................................................................................... 141 7. RECOMENDACIONES ................................................................................................... 143 8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................... 144 | es_ES |
| dc.subject | Consumo energético específico | es_ES |
| dc.subject | ciclo de conducción representativo | es_ES |
| dc.subject | movilidad sostenible | es_ES |
| dc.subject | emisiones de CO2 | es_ES |
| dc.title | Evaluación de la eficiencia energética de motocicletas a combustión interna en un escenario de conducción urbana del entorno UTS | es_ES |
| dc.type | degree work | es_ES |
| dc.date.emitido | 2026-10-10 | |
| dc.dependencia | fcni | es_ES |
| dc.proceso.procesouts | investigacion | es_ES |
| dc.type.modalidad | proyecto_de_investigación | es_ES |
| dc.format.formato | es_ES | |
| dc.titulog | Ingeniero Electromecánico | es_ES |
| dc.educationlevel | Profesional | es_ES |
| dc.contibutor.evaluator | evaluador | es_ES |
| dc.date.aprobacion | 2026-10-05 | |
| dc.description.programaacademico | Ingeniería Electromecánica | es_ES |
| dc.dependencia.region | bucaramanga | es_ES |
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