El ingeniero de eficiencia: Optimización de vehículos eléctricos ## Introducción Diseñar un vehículo eléctrico (VE) de alto rendimiento es un “problema complejo”. Si aumentas el tamaño de la batería para obtener mayor autonomía, el coche se vuelve más pesado, lo que reduce la eficiencia. Si haces el coche más grande para más pasajeros, aumenta la resistencia del aire. Los ingenieros deben resolver estos problemas complejos dividiéndolos en subproblemas más pequeños. En esta tarea, eres el ingeniero jefe de eficiencia de una nueva empresa de logística. Tu misión: Diseñar un VE capaz de recorrer 550 km con una sola carga a una velocidad de crucero de 100 km/h. — ## Parte 1: Participa Observa los parámetros de diseño en la simulación. Tenemos muchas variables que controlar. Preguntas de análisis inicial: 1. Enumera tres variables que crees que disminuirán la autonomía del vehículo si se aumenta su valor. 2. ¿Qué variable crees que es la más “costosa” de aumentar (en términos de peso o coste)? 3. Estrategia de subproblemas: Para resolver el objetivo de alcance de 550 km, podemos dividirlo en tres subproblemas: * Subproblema A: Minimizar la resistencia del aire (arrastre) * Subproblema B: Minimizar la resistencia a la rodadura (fricción) * Subproblema C: Equilibrar el almacenamiento de energía (batería) — ## Parte 2: Explorar Abra la Simulación de optimización de vehículos eléctricos. Use el botón “Grabar prueba” para registrar sus datos. Subproblema A: Eficiencia aerodinámica 1. Establezca la batería en 60 kWh, la masa en 1500 kg y la velocidad en 100 km/h. 2. Mantenga todas las demás variables constantes. Cambie el coeficiente de arrastre (Cd) de 0,15 a 0,50 en pasos de 0,05. 3. Registre la eficiencia (Wh/km) para cada uno. ¿Qué valor de Cd permite el mejor alcance? Subproblema B: La penalización de peso 1. Establezca la resistencia aerodinámica en 0,25 y la batería en 60 kWh. 2. Aumente la masa base de 800 kg a 2500 kg. 3. Observe cómo cambia la masa total a medida que aumenta la capacidad de la batería. ¿Cuánta masa agrega una batería de 120 kWh en comparación con una batería de 20 kWh? Subproblema C: El factor de velocidad 1. Elija su “mejor” diseño de vehículo hasta el momento. 2. Pruebe el alcance a 60 km/h, 100 km/h y 140 km/h. 3. ¿Cómo afecta el viaje a alta velocidad a su eficiencia? Utilice la tabla de desglose de pérdida de potencia para ver qué fuerza se vuelve dominante a altas velocidades. — ## Parte 3: Explicación 1. Interconexión: Explique por qué agregar una batería más grande no siempre resulta en un aumento lineal del alcance. Utilice las métricas “Masa total” y “Eficiencia” de sus datos para respaldar su respuesta. 2. Compromisos: Si se viera obligado a utilizar una carrocería menos aerodinámica (Cd = 0,40), ¿qué cambios de diseño específicos haría en otros parámetros para seguir alcanzando un alcance de 500 km? 3. Modelado del sistema: Según el gráfico de “Desglose de la pérdida de potencia”, ¿en qué sistema (Aerodinámica, Rodadura o Accesorios) deberían centrarse más los ingenieros si el coche se utiliza principalmente para la conducción lenta en ciudad? ¿Y en la conducción rápida en autopista? — ## Parte 4: Elaborar y evaluar El desafío de diseño final: Diseñe un vehículo que cumpla con los siguientes Criterios y restricciones: * Alcance objetivo: Mínimo 550 km. * Velocidad: Debe mantener 100 km/h. * Restricción: La masa total debe ser inferior a 2000 kg. * Restricción: El coeficiente de arrastre no puede ser inferior a 0,20 (por seguridad/estabilidad). Su solución: 1. Enumere los parámetros elegidos (Batería, Cd, Área, Crr, Masa). 2. Proporcione los datos finales de alcance y eficiencia. 3. Justificación: Escriba una breve justificación de su diseño. ¿Cómo priorizó ciertos criterios (como el peso frente al tamaño de la batería) para lograr el objetivo? Explique cómo resolvió los subproblemas para cumplir con el requisito final.