Diseño de sistema de freno regenerativo para bicicleta impulsada por motor eléctrico de 500 W

Abstract

El presente trabajo de tesis tuvo como objetivo el diseñar un sistema de freno regenerativo para bicicleta, el cual permite recuperar energía de la acción de frenado por medio de un motor eléctrico. En primer lugar, se revisaron artículos relacionados con el desarrollo de frenos regenerativos en bicicletas, así como ciclos de conducción de bicicletas en zonas urbanas. Luego, se establecieron las ecuaciones y modelos matemáticos del conjunto bicicleta y motor eléctrico, los cuales permitieron definir y analizar su comportamiento dinámico. Se usó la metodología de diseño basada en las normas DIN VDI 2221 y 2225 para desarrollar un proyecto óptimo del sistema de freno regenerativo. Se determinaron los parámetros característicos del sistema propuesto y, utilizando las ecuaciones definidas para su comportamiento dinámico, se evaluó su comportamiento en distintas condiciones de frenado mediante simulación numérica en Simulink de MATLAB. Los resultados indican que es posible recuperar hasta 1.32 kJ frenando desde 25 km/h hasta 8 km/h en 11.25 segundos, con un torque de freno constante de 10.8 Nm y considerando una superficie sin pendiente. Finalmente, se desarrolló un proyecto definitivo con la selección de los componentes principales del sistema: motor eléctrico, batería, elementos de electrónica de potencia, y módulo de control. Se desarrolló la programación del módulo de control, los planos de detalle, y una estimación de costos del proyecto, resultando en un total aproximado de USD 5,476.