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PORTABICICLETAS DOBLE PARA
MOTOCICLETA
PROYECTO DE GRADO
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DIEGO GAITAN REBOLLEDO
20136459
2018-20
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Tabla de Contenido 1 INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 3
1.1 CONTEXTO ACTUAL COLOMBIANO ................................................................................ 3
1.2 MERCADO ACTUAL EN COLOMBIA Y EL MUNDO ....................................................... 4
2 FASE DE CONCEPCIÓN.................................................................................................................. 5
2.1 ENCUESTAS DE MERCADO .................................................................................................. 5
2.2 LEYES DE NORMAS Y TRANSITO ...................................................................................... 7
2.3 REQUISITOS DE DISEÑO ....................................................................................................... 8
2.4 CONCEPTOS ............................................................................................................................ 10
3 FASE DE DISEÑO ........................................................................................................................... 12
3.1 SELECCIÓN DE MATERIALES ........................................................................................... 13
3.2 PROTOTIPO A CONSTRUIR Y LISTADO DE PIEZAS ................................................... 13
3.3 MODELO DE ELEMENTOS FINITOS ................................................................................ 14
4 FASE DE CONSTRUCCIÓN .......................................................................................................... 16
4.1 COMPRA DE MATERIALES ................................................................................................ 16
4.2 CORTE, MAQUINADO, SOLDADURA Y ACABADOS ................................................... 16
4.3 COSTO DE MATERIALES Y MANUFACTURA ............................................................... 18
4.4 FICHA TECNICA .................................................................................................................... 19
5 PRUEBAS DEL PROTOTIPO ........................................................................................................ 19
5.1 PRUEBAS CUANTITATIVAS ............................................................................................... 19
5.2 PRUEBAS CUALITATIVAS: SENSACIÓN Y SENTIMIENTO ....................................... 22
5.2.1 ANALISIS DE PERCEPCIÓN DINAMICA .................................................................. 23
5.2.2 ACOPLE Y DESACOPLE DEL SISTEMA ................................................................... 24
6 CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 25
7 TRABAJO FUTURO ........................................................................................................................ 26
7.1 SISTEMAS DE SEGURIDAD VIAL ...................................................................................... 27
7.2 POSIBLES MEJORAS ............................................................................................................ 27
7.3 PRUEBAS CUANTITATIVAS ............................................................................................... 29
8 REFERENCIAS ................................................................................................................................ 29
9 ANEXOS ............................................................................................................................................ 31
9.1 PLANOS .................................................................................................................................... 31
9.2 RESULTADOS SONDEO DE MERCADO ........................................................................... 36
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1 INTRODUCCIÓN En Colombia, y en especial en la ciudad de Bogotá, cada vez es más común en el uso de la motocicleta.
No solo por gusto o placer, sino que, adicionalmente se ha vuelto una necesidad para quienes necesitan
burlar los trancones de la ciudad y ahorrar tiempo de movilización. Adicionalmente, gracias a la
contaminación actual dentro de la ciudad, las personas optan por salir de ella para realizar sus actividades
físicas en un ambiente libre de contaminación. Como consecuencia, dado el tiempo que implica movilizarse
fuera de la ciudad para realizar las actividades físicas, muchas personas abandonan la práctica de las
mismas.
Como solución a este problema, algunas marcas en Colombia, dado el aumento de usuarios de
motocicletas y de personas que realizan la actividad del ciclismo, han planteado la posibilidad de transportar
una bicicleta en una motocicleta. Lo anterior le permite a las personas que realizan la actividad fuera de la
ciudad, transportarse de forma rápida y ágil, sin tener que disponer de una gran cantidad de tiempo,
adicional al tiempo que les toma realizar sus actividades, para transportarse hasta y desde el lugar donde
realizar sus actividades. Sin embargo, estas soluciones sacrificar algunas de las prestaciones de la
motocicleta para poder hacer uso del artefacto que permite transportar la bicicleta.
Surge así, entonces, una nueva oportunidad para desarrollar un nuevo sistema. En el documento a
continuación, se presenta el proceso de desarrollo de una nueva alternativa que permita a los usuarios
transportar su bicicleta en la motocicleta, sin sacrificar las prestaciones de la misma.
1.1 CONTEXTO ACTUAL COLOMBIANO
Cada día hay más usuarios de motocicleta en el mundo y Colombia no es la excepción. Aunque al día
de hoy no tenemos datos exactos, en el 2017, según el RUNT, se encuentran matriculados alrededor de
13.000.000 vehículos; de los cuales más del 56% corresponde a motocicletas. En el 2011 el país tenía
alrededor de 4.000.000 de motocicletas matriculadas en el RUNT, para el año pasado, este número ya estaba
cercano a los 8.000.000. Lo que indica que en 6 años se duplicó el número de usuarios y sigue en aumento
año tras año. La imagen 1.11 ilustra el crecimiento de las motocicletas en los últimos años.
Imagen 1.11. Imagen obtenida del diario La República. Abril, 2018.
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Paralelamente, en Colombia, epicentro latinoamericana del ciclismo, cada día hay más personas
haciendo uso de las bicicletas. Lo que inicialmente comenzó a desarrollarse con el fin de ahorrar costos y
tiempo en temas de movilidad, se ha expandido al ámbito ecológico, deportivo y recreativo. Según Jacobo
Argüello, director comercial de Specialized en Colombia, importador de bicicletas, “para el 2011, cuando
la compañía llegó a Colombia importaban alrededor de 1200 bicicletas al año, y en la actualidad, esa cifra
alcanza las 17.000 bicicletas por año; lo que representa un crecimiento superior al 1000% en 6 años”
(Colprensa).
Lo anterior demuestra que en Colombia el mercado tanto de bicicletas como de motocicletas viene
creciendo de forma exponencial; se avista en el panorama un posible crecimiento en la demanda del
producto a desarrollar.
1.2 MERCADO ACTUAL EN COLOMBIA Y EL MUNDO
En Colombia ya existen algunas marcas registradas que fabrican artefactos similares. Sin embargo, no
existe ninguno que ofrezca las mismas soluciones que aquellas planteadas en este documento. La marca
más reconocida en Colombia que ofrece este tipo de soluciones es Mastech; una marca establecida en
Medellín que fabrica accesorios para motocicletas desde hace más de 10 años1. Existe también
MantisRacks, una marca que fabrica y vende un único producto: el portabicicletas para motocicletas2.
Adicionalmente, existe un gran número de personas que fabrican portabicicletas a medida de forma
artesanal, sin ningún conocimiento de ingeniería ni garantías de seguridad.
Imagen 1.21. Portabicicletas Mastech Imagen 1.22. Portabicicletas MasntisRacks
Fuera de Colombia, existe otra gran cantidad de alternativas en el mercado, desde marcas registradas
hasta de fabricación casera. Algunas de las marcas más populares a nivel mundial son 2x2Cycles3 y Johnny
Rack4. Aunque también existen muchas marcas pequeñas que ofrecen soluciones muy similares, la gran
mayoría de productos que se ven en uso en el mundo, al igual que en Colombia, son artefactos únicos
construidos por el dueño para una motocicleta en específico, con simple intuición, sensación y una serie de
habilidades de trabajo metalmecánico, pero, sin ningún fundamento ingenieril. Todas las alternativas que
se proponen, aunque unas mejor que otras, son muy precarias y todavía están muy lejos de ser productos
que ofrezcan la calidad de los portabicicletas actuales para carros; falta mucho por desarrollar.
1 En la imagen 1.21 se puede observar el producto que ofrecen actualmente Mastech. 2 Refiérase a la imagen 1.22 para observar el producto ofrecido por MantisRacks. 3 Refiérase a la imagen 1.23 para observar el producto ofrecido por 2x2Cycles. 4 Refiérase a la imagen 1.24 para observar el producto ofrecido por Johnny Racks.
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Imagen 1.23. Portabicicletas 2x2Cycles Imagen 1.24. Portabicicletas Johnny Racks
Es por ello que se ha decidido implementar un producto, partiendo de los conocimientos de ingeniería,
que satisfaga las necesidades de los usuarios y que no comprometer prestaciones de la motocicleta.
2 FASE DE CONCEPCIÓN A continuación se presenta el proceso de concepción del diseño. Donde se fue moldeando poco a poco
la idea, teniendo en cuenta los requisitos de diseño, las prestaciones y las normas de tránsito para la
selección del modelo óptimo que satisfaga todas las necesidades del usuario sin sacrificar ninguna de las
prestaciones de su motocicleta.
2.1 ENCUESTAS DE MERCADO
Para entender cuáles son las necesidades de los usuarios y crear un producto acorde a éstas, se realizó
una encuesta dirigida únicamente a los usuarios que realizaban la actividad del ciclismo y que, a su vez,
eran usuarios de motocicletas. Lo anterior, con el propósito de evitar que personas que jamás se han visto
en la necesidad de transportar una bicicleta en una motocicleta, condicionaran las encuestas y sesgaran los
resultados. Es importante aclarar que el objetivo de este sondeo era determinar cuáles eran los requisitos de
diseño que se debían tener en cuenta al momento de plantear una posible solución e identificar las
necesidades reales. Para ello, se escogieron cuidadosamente las siguientes preguntas que, al analizar las
respuestas, pudiesen suministrar información verdadera acerca de las necesidades y los requisitos:
Cuando viaja fuera de la ciudad, en su tiempo libre, ¿lleva con usted su bicicleta?
Cuando viaja fuera de ciudad, en su tiempo libre, ¿viaja solo o acompañado?
Independientemente de si son suyas o no, cuando viaja fuera de la ciudad, ¿cuántas bicicletas
suele llevar en su vehículo?
Cuando va a viajar fuera de la ciudad en su tiempo libre, ¿ha tenido que escoger entre viajar
con su bicicleta o viajar en la moto?
Asumiendo que usted viaja sin bicicleta, cuando viaja fuera de la ciudad, ¿prefiere viajar en
moto o en carro?
Cuando viaja en moto fuera de la ciudad, en la mayoría de los casos, ¿viaja solo o con pasajero?
Si pudiese transportar su bicicleta tanto en su moto como en su carro, ¿preferiría viajar en
moto y transportar su bicicleta en ella, o preferiría viajar en el carro y transportar su bicicleta
en él?
En la mayoría de los casos, cuando se dispone a montar en bicicleta de forma recreativa o
deportiva, ¿hace uso de un vehículo para llegar al lugar de partida o se transporta en la bicicleta
misma hasta el punto de partida?
¿El tráfico de la ciudad afecta su disposición para salir a montar en bicicleta fuera de la ciudad?
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¿Cree usted que montaría más frecuentemente en bicicleta, si le tomase menos tiempo
transportarse al punto de partida, desde donde comienza su actividad física?
¿Alguna vez ha necesitado transportar su bicicleta en la moto?
¿Alguna vez ha dejado de llevar su bicicleta, dado que no puede transportarla en la moto?
¿Alguna vez ha necesitado transportar más de una bicicleta en su moto?
¿Le interesaría adquirir un portabicicletas para su moto?
¿Cuánto estaría dispuesto a pagar por un portabicicletas para su moto?
Con la intención de ahorrar espacio en el documento y remitir directamente al lector al análisis de
resultados, los resultados obtenidos en las encuestas, se encuentran adjuntados en los anexos, al final del
documento. Esta encuesta fue realizada a 97 personas.
Si observamos los resultados, podemos ver que, en la totalidad de los casos, la gente siempre
viaja acompañada. Esto supondría que, si se pretende viajar fuera de la ciudad en moto, es necesario
contar con la disponibilidad del puesto del pasajero.
Así mismo, se obtuvo que alrededor del 22% de las personas, cuando viajan en moto, viajan
solas. Sin embargo, el 100% contestó que, cuando viajan de paseo, viajan acompañados. Esta
inconsistencia en las encuestas puede deberse a que las personas viajan en caravana, cada uno en su
propia moto, pero sin pasajero.
Por otro lado, se observó que la mayoría de las personas, cuando llevaban las bicicletas fuera de la
ciudad, llevaban al menos dos bicicletas. Por consiguiente, si fuesen a llevar su bicicleta en la moto,
necesitarían llevar dos bicicletas.
Adicionalmente, quedó en evidencia que las personas prefieren viajar en moto que en carro: ya sea
por razones de costos, tiempo o simplemente gusto. Y, por otro lado, las personas, en la mayoría de los
casos, tienen que escoger si viajan en la moto o si llevan bicicletas: ya que para llevar la bicicleta se ven
obligados a viajar en carro por la imposibilidad de llevarla en la moto.
Dados los resultados obtenidos, se resalta que, aunque la mayoría de las personas prefiere seguir
viajando en moto si pudiese transportar su bicicleta en ella, existe un gran porcentaje de personas que
prefiere viajar en carro a la hora de llevar las bicicletas. Con algunos de los encuestados, a través de
preguntas adicionales fuera de la encuesta, se pudo saber que en la mayoría de los casos, es por comodidad;
aunque confesaron no haber intentado jamás llevar la bicicleta en la moto. En otros casos, algunos
respondieron que no podrían llevar dos bicicletas en la moto. Y, por último, un pequeño porcentaje de
personas que confiesa haberlo pensado, dijo que no lo haría porque no les inspira confianza viajar en la
moto con la bicicleta por miedo al hurto o atraco.
De las encuestas también se pudo determinar que la mayoría de las personas que realiza la actividad
con fines deportivos y recreacionales se transportaba en un vehículo hasta el punto de partida, mientras que
solo el 21% de los encuestados comenzaba su actividad física desde que salen de la casa o se transportan
en la misma bicicleta hasta el punto de encuentro donde inician la actividad física con otros integrantes. Así
mismo, el 95% de las personas se veían afectas por el tráfico, que, por los tiempos extras causados, en
muchos casos, les impide a las personas salir a realizar la actividad física y optan por cancelar su día de
actividad. Según los resultados de las encuestas, los usuarios piensan que realizarían más a menudo la
actividad si el tiempo de transportarse hasta el punto de partida fuese menor. En muchos casos es necesario
programar una mañana completa para realizar la actividad física y volver a casa antes de comenzar a cumplir
con las obligaciones.
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Por otro lado, se observó algo muy interesante, ya que aunque alrededor del 37% no ha necesitado
transportar más de una bicicleta en la moto, el 84% transporta dos bicicletas. Lo anterior significa que, de
ese 37%, un gran porcentaje no ha necesitado transportarla porque no ha considerado la posibilidad de
poder hacerlo, ya que cuando viajan, afirman llevar dos bicicletas. Es decir, la gente no considera llevar
dos bicicletas en la moto no porque no quiera o no necesite, sino porque no considera que fuere posible
hacerlo.
Al inspeccionar minuciosamente las respuestas de las diferentes preguntas, se pudo ver que en muchos
casos las personas no son ni siquiera conscientes que pueden tener la necesidad, pero es claro que existe: el
100% de los encuestados viaja acompañado; cuando se van de paseo llevan sus bicicletas; y, por lo general,
llevan dos bicicletas. Adicionalmente, prefieren viajar en moto que en carro y cuando viajan en moto, llevan
pasajero, así que de todo ello se puede concluir que un portabicicletas que le permita al usuario llevar dos
bicicletas en la moto, sin sacrificar el puesto del pasajero, es un sistema que tiene mercado y que la gente
necesita para realizar sus actividades ciclísticas.
2.2 LEYES DE NORMAS Y TRANSITO
En Colombia, aunque las motocicletas hacen parte de la mayoría del parque automotor, transitan bajo
un código de normas con zonas grises donde no se especifica ninguna prohibición, pero tampoco existe
ningún tipo de reglamentación. Adicionalmente, se establecen leyes sujetas a interpretación de quien ejerza
como autoridad. Esto dificulta mucho ceñirse a las normas y desarrollar el producto que garantice el
cumplimiento de las mismas.
Existen reglamentaciones nacionales de tránsito que regulan el uso de remolques en carros
particulares, pero no existe ningún tipo de reglamentación que prohíba o regule el uso de un remolque con
una motocicleta. Así mismo, existen regulaciones que permiten a los automóviles usar portabicicletas,
siempre y cuando cumplan con una serie de obligaciones. Sin embargo, al igual que con los remolques, no
existen regulaciones que prohíban o regulen el uso de un portabicicletas en una motocicleta. El único
artículo que se destaca en el código de tránsito en cuanto a la capacidad de carga o el transporte de objetos
en las motocicletas, se menciona a continuación:
Según el artículo 3 de la ley 1239 de 2008, Título III, Capítulo V, del código de tránsito, “no se
podrán transportar objetos que disminuyan la visibilidad, que incomoden al conductor o acompañante o que
ofrezcan peligro para los demás usuarios de las vías”.
Dado el artículo anterior, cabe preguntarse: ¿Qué objetos incomodan al conductor? ¿Todos los
objetos incomodan por igual a diferentes conductores? ¿Cuándo es considerable que un objeto está
disminuyendo la visibilidad? ¿Qué ofrece peligro para los demás usuarios de las vías? Está claro que la ley
1239 está sujeta a interpretación del agente de tránsito que detenga al conductor en el momento.
El código de tránsito es un documento incompleto, sin aclaraciones y con un gran número de casos
sin mencionar que, en caso de ocurrir, dado que no son contemplados, son juzgados bajo normativas que
no corresponden. Se establecen reglamentaciones tan absurdas como aquella mencionada en el artículo 94,
Título III, Capítulo V, del código de tránsito, “todo los motociclistas deben transitar por la derecha de las
vías a distancia no mayor de un (1) metro de la acera u orilla […]”. Cuando se ve a diario que las
motocicletas transitan por cualquier carril de las vías, sin considerar ninguna distancia a la acera y orilla.
En la resolución 4959 de 2006 se establece tres tipos de carga: extradimensionada5, indivisible y
extrapesada. Para este caso, nos concierne la carga extradimensionada. Como se mencionó anteriormente,
5 La que excede las dimensiones de la carrocería de un vehículo convencional.
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no se pueden transportar objetos que disminuyan la visibilidad. Si el objeto no disminuye la visibilidad, se
ve entonces reglamentado bajo la resolución 4959 de 2006 que establece que una carga extradimensionada
que sobresalga hasta un máximo de 1 metro por parte posterior del vehículo no requiere de un permiso pero
debe llevar un aviso en la parte posterior del vehículo que diga “peligro, carga larga”.
Para comprobar si un agente de tránsito detendría o no a la motocicleta, ya que la interpretación del
código depende del agente de turno, se les preguntó a 6 agentes en las vías qué opinaban acerca del artefacto.
Cabe aclarar, antes de comentar la respuesta del agente, que, con excepción de un caso, fue el conductor de
la motocicleta quien se acercó a ellos, y no fue detenido por el agente mientras transitaba, lo cual puede
influir en la actitud del agente y, por ende, en la interpretación de la normal.
El primero de ellos, una agente de tránsito ubicada en la autopista norte con calle 126, tuvo una
respuesta totalmente ajena a la norma, mencionando que, mientras se anduviese con cuidado y no se
realizara ninguna maniobra peligrosa que pudiese poner en peligro a los demás usuarios de las vías, no tenía
ningún problema. Sin embargo, aclaró que no podría garantizar que otro agente de tránsito pensase de la
misma manera, ya que el artefacto sobresalí bastante de la motocicleta. Es decir, la agente en cuestión
también desconoce el protocolo que debe seguir si se encontrase con este caso en las vías, ya que no hay
un artículo, ley o norma que prohíba o estandarice el transporte de bicicletas en una motocicleta.
Un agente de tránsito, ubicado en la avenida circunvalar con calle 75, fue quien detuvo al conductor
que viajaba con el artefacto. Para sorpresa del conductor, el agente le detuvo por curiosidad, pues se
sorprendió al ver el artefacto. Su reacción fue de asombro cuando se le comentó que se trataba de un
proyecto de grado en proceso de desarrollo, e incluso mencionó que deberían dotar las motocicletas de la
policía con el equipo. El agente jamás pidió documentos de la motocicleta, estuvo conversado alrededor de
unos 15 minutos con el conductor y le dejó ir después de mencionarle su aprobación por el producto.
Durante la conversación con el agente de tránsito, el agente recalcó el desconocimiento de la norma por
parte de los agentes de tránsito y afirmó no existe una norma que prohibiera el uso de ese tipo de artefactos,
pero que existía la posibilidad que un agente de tránsito desaprobara el uso del mismo.
Un tercer agente, ubicado en el barrio Santa Ana, fue quien informó al conductor de la infracción
C22, mencionada en el pie de página de la página 7. Sin embargo, tampoco tenía la certeza de poder aplicar
la infracción y, aunque no mencionó la normativa de carga larga menor a un metro, recomendó el uso del
aviso que advierte sobre el peligro de la carga larga.
Los otros agentes encuestados, tuvieron una opinión neutra. Ninguno afirmó que estuviese prohibido
usarlo, pero tampoco afirmaron con confianza que se usara con normalidad puesto que no había
reglamentaciones específicas al respecto.
Las empresas en Colombia que fabrican productos similares, son conscientes de la zona gris que
existe hoy en día y que, aunque no estén prohibidos, tampoco están reglamentados. Por tal motivo, se curan
en salud y citan el código de tránsito, aclarando que no se hacen responsables por inconvenientes con las
autoridades nacionales por el uso del mismo en las vías.
2.3 REQUISITOS DE DISEÑO
A partir de los resultados obtenidos en las encuestas, se estableció el punto de partida. Según las
respuestas obtenidas por los usuarios y las necesidades reales de los mismos, se determinó que el artefacto
debía permitir llevar al pasajero en la motocicleta. Por lo tanto, no se podía considerar un sistema que
eliminara el puesto del pasajero. Así mismo, el portabicicletas debía permitir el uso de un baúl, ya que el
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usuario de la motocicleta lo necesita para transportar sus pertenencias cuando viaja. El sistema debía estar
en la capacidad de instalarse en una motocicleta, de cualquier marca, con pasajero y baúl, como se ilustra
en la imagen 2.31.
Imagen 2.31. Motocicleta con Pasajero y baúl.
Como otra consideración, se estableció que el sistema no podía superar las dimensiones del ancho de
la motocicleta, ya que esto generaría dos problemas. El primero, sacrificaría las prestaciones de la moto,
impidiéndole transitar ágilmente en el tráfico de la ciudad e impidiendo el paso en los peajes por el carril
exclusivo para motocicletas. El segundo, implicaría un incumplimiento en las normas de tránsito6, que más
adelante serán detalladas para garantizar el cumplimiento de las mismas.
Adicionalmente, se determinó que el portabicicletas debía estar en la capacidad de transportar dos
bicicletas simultáneamente, ya que los usuarios, en su mayoría, requieren transportar dos bicicletas.
Como condiciones adicionales, y con el fin de simplificar el trabajo del usuario al momento de instalar
el soporte y montar las bicicletas, se estableció que el portabicicletas debía tener un sistema de anclaje a la
moto, igual al sistema utilizado para las bicicletas de tiro de arrastre para vehículos (ilustrado en la imagen
2.32), pero de menor medida. También debía poderse instalar las bicicletas sin necesidad de plegar el timón,
retirar la llanta trasera o quitar el sillín.
Imagen 2.32. Sistema de tiro de arrastre (hitch).
6 Infracción C22. Transportar carga de dimensiones superiores a las autorizadas sin cumplir con los requisitos exigidos. O
infracción C27. Conducir un vehículo cuya carga o pasajeros obstruyan la visibilidad del conductor hacia el frente, atrás o
costados o que impidan el control sobre el sistema de dirección, frenos o seguridad.
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A lo anterior se le suma el requisito de que se pudiese plegar el sistema cuando esté anclado a la moto,
pero sin bicicletas. Esto con el fin de poder llevar las bicicletas a realizarles el mantenimiento y poder
devolverse con el artefacto sin que cause incomodidades al estar vacío.
El artefacto debía tener una matrícula adicional para cumplir con las normas de tránsito y permitir que
la matrícula siempre fuese visible. Así como una luz de freno que proporcionara seguridad al utilizarlo en
horas de la noche y cumpliera con las normas de tránsito. Aunque existía la posibilidad de instalar luces
direccionales, no era necesario que el sistema las tuviese.
Cómo último requisito, se estableció que el portabicicletas debía ser adaptable a cualquier motocicleta
que tuviese una parrilla portaequipaje y que, a su vez, se pudiese llevar cualquier tipo de bicicleta, de
cualquier tamaño.
Se presentan entonces, a continuación los requisitos de diseño que deben cumplirse:
Transportar dos bicicletas
Instalación de las bicicletas retirando únicamente la llanta delantera
Permitir transportar al pasajero
Permitir el uso de baúl
Acople Universal
Fácil de acoplar y desacoplar de la motocicleta
No superar las medidas del ancho de la motocicleta
Sistema plegable
2.4 CONCEPTOS
Antes de comenzar con el desarrollo del primer concepto, se realizó una minuciosa búsqueda de
productos ya existentes. Se analizaron las ventajas y los defectos de cada uno de ellos; se observó cómo
solucionaba cada uno de ellos los problemas y, a partir de ello se plantearon dos preguntas básicas para dar
comienzo al desarrollo del primer prototipo y plasmar la primera idea:
¿Cómo y dónde ubico el portabicicletas, para evitar desplazar el CDG7 lo menos posible?
¿De qué parte sostengo la bicicleta para no someterla a esfuerzos indeseados?
Una vez planteadas esas dos preguntas y, habiendo analizado los productos existentes, se creó el
primer concepto, ilustrado en la imagen 2.41.
Después de analizar las alternativas posibles, se determinó que la mejor forma de ubicar el
portabicicletas, era en la parte trasera de la motocicleta, con un ángulo entre los 60 y 80 grados para evitar,
en la mayor medida de lo posible, aumentar las dimensiones del largo de la motocicleta con portabicicletas.
Inicialmente, se planteó la posibilidad de que la bicicleta estuviera soportada en la llanta trasera,
como lo ilustra la imagen 2.41, pero pronto se decidió recortar el riel, con el fin de reducir peso, elevar la
bicicleta del suelo y reducir la cantidad de material, que a su vez se traduce en costo y peso, nuevamente.
7 Centro de gravedad.
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Imagen 2.41. Primer Concepto del Portabicicletas.
Fue así como se llegó al segundo concepto, que se ilustra en la imagen 2.42. Sin embargo, aparecería
un nuevo inconveniente. La idea, en un comienzo, era que el tenedor estuviese agarrado de una manzana
fija en el portabicicletas, tal y como se soportan las bicicletas en los portabicicletas de los techos de los
vehículos (imagen 2.43). Con esta solución, el timón sobresalía demasiado a lo ancho de la motocicleta,
adicionalmente que las bicicletas debían estar una más abajo que la otra para que los timones no se pegasen
entre sí, así que se decidió continuar con el mismo modelo pero sujetando la bicicleta del tenedor con el
timón paralelo al marco. Al realizar esto, se identificó que se genera un ángulo correspondiente al “caster”
o “trail” del tenedor, como ilustra la imagen 2.44, en las bicicletas. Lo que imposibilitaba la posibilidad de
agarrar la bicicleta con el timón paralelo al marco de la bicicleta, ya que todas las bicicletas tienen un
“caster” diferente y requeriría de un sistema que lea dicho ángulo para permitir la sujeción de la misma.
Imagen 2.42. Segundo Concepto del Portabicicletas Imagen 2.43. Soporte de techo para bicicleta.
En vista de que el timón debía estar paralelo al marco de la bicicleta, pero el tenedor debía estar
perpendicular al riel del portabicicletas, si se quería sujetar así, se decidió plantear la posibilidad de sujetar
la bicicleta de otro punto, ya que con el concepto anterior la única posibilidad habría sido doblar el timón,
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lo cual implica tener que alinearlo nuevamente cuando la bicicleta se baje del portabicicletas y esto se
traduciría en un sistema ineficiente e incómodo para el usuario.
Imagen 2.44. Ángulos de diseño de una bicicleta.
Desde el primer concepto se había planteado un brazo perpendicular al riel que permitiera sujetar
el marco de la bicicleta en la parte superior, con el fin de evitar que ésta pudiese inclinarse hacia dentro y
pegar contra la otra bicicleta o hacia afuera y salirse del portabicicletas. Teniendo este soporte, y sujetado
la bicicleta de la biela, el brazo para sujetar el tenedor se volvería un punto de apoyo adicional, más no el
punto de anclaje principal. Fue así como se decidió que, en vez de sujetar la bicicleta del tenedor como
punto principal, se apoyara en la parte inferior del buje de rotación que conecta las dos bielas de los pedales;
permitiendo así que esta descansase sobre el punto más resistente de toda la bicicleta y, la biela, evitando
que se desplazara del riel. Con lo anterior, el brazo de soporte para agarrar el marco y el brazo de extensión
que sujeta el tenedor o el marco en la parte inferior (lo que prefiera el usuario), se volverían puntos de
apoyo, más no puntos de anclaje principales para resistir todo el esfuerzo generado por el peso y el
movimiento de la bicicleta.
Para escoger el modelo óptimo a construir, se inspeccionó minuciosamente las funcionalidades de
cada uno de los modelos. Aunque poco a poco se fueron modificando los prototipos para ir moldeando la
idea, al final, se hizo una recuento de todos los cambios realizados para escoger cuáles de ellos significaban
una mejoría en el modelo final; considerando peso, resistencia y simplicidad.
Se optó por reposar la bicicleta en el punto de rotación de las bielas, anclar la bicicleta a la biela y
sujetar la bicicleta del tenedor o el marco, permitiendo ambas opciones; según lo que prefiera el usuario.
Fue así como, finalmente, se obtuvo el último concepto, ilustrado en la imagen 3.21. Para garantizar
el éxito del proyecto y su correcto funcionamiento, se analizó la mejor forma de sujetar la bicicleta, se
desarrolló un modelo óptimo, y se esquematizó el modelo a construir.
3 FASE DE DISEÑO Para garantizar la resistencia y funcionalidad del artefacto a construir, en primera instancia, se realizó
un modelo de elementos finitos. Finalmente, dados los resultados obtenidos a partir del modelo de
elementos finitos, se escogieron los materiales adecuados para la construcción del prototipo, garantizando
estuviesen en condiciones de soportar las cargas a las que serán sometidos.
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3.1 SELECCIÓN DE MATERIALES
Para seleccionar los materiales a utilizar, fue necesario averiguar en qué medidas y calibres se
conseguían las tuberías.
Se optó por el uso de tubería estructural, fabricada por Colmena en acero bajo la norma ASTM A500
grado B, con un esfuerzo de fluencia de 322MPa. Para el soporte de la motocicleta se optó por un tubo
cuadrado de 40mm x 40mm con un espesor de pared de 3mm y, para la construcción del marco, se
seleccionó un tubo cuadrado de 30mm x 30mm en calibre 14, correspondiente a 2mm de espesor. Era
importante, en el momento de selección, que el tubo del marco entrase dentro del soporte de la motocicleta
con una holgura suficiente para deslizar fácilmente, pero un ajuste preciso para evitar el movimiento o
rotación de un tubo dentro del otro.
Para los brazos de anclaje, tanto del tenedor como del marco, se escogió, inicialmente tubo agua
negra de 1/2” y tubo agua negra de 5/8”. Luego, dado el peso de los mismos, se optó por tubo CR de las
mismas dimensiones (1/2” y 5/8”), pero en calibre 16. Para la construcción del soporte de la biela, se
seleccionó una lámina CR en calibre 14, correspondiente a un espesor de aproximadamente 1.9mm.
Por último, para los ángulo de nivelación, que proporcionaban el ángulo entre el riel y el soporte del
marco, se seleccionó una lámina HR en calibre 1/4, correspondiente a un espesor de aproximadamente
6.3mm.
3.2 PROTOTIPO A CONSTRUIR Y LISTADO DE PIEZAS
A continuación, en la imagen 3.21, se presenta un plano isométrico del modelo final construido, así
como una tabla con el listado de piezas del modelo, donde se especifica la cantidad de cada una de las
piezas y el material en el que fue fabricada. Los planos se encuentran en anexos, al final del documento.
Imagen 3.21. Isométrico del Modelo y Listado de Piezas
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3.3 MODELO DE ELEMENTOS FINITOS
Para realizar los cálculos del modelo de elementos finitos, se utilizó el programa Autodesk Inventor
Professional 2019. Se construyó el modelo tal y como se planteó el concepto, utilizando acero ASTM A500
Grado C como material. Según el documento de la ASTM, para este material, se establece un módulo
elástico de 211GPa, un esfuerzo de fluencia de 345MPa, un esfuerzo último de 425MPa y una limite
endurecimiento de 212MPa. Para modelar las cargas, se aplicó una fuera de 450N sobre cada uno de los
rieles, haciendo referencia a una carga aproximada de 15kg por bicicleta. Se estima que una bicicleta tiene
una masa de alrededor de 15kg, pero dado que una motocicleta se puede ver sometida a aceleraciones de
hasta 3 gravedades, en los casos más extremos, se asume una carga dinámica de tres veces el peso de la
bicicleta. Esto con el fin de garantizar que el artefacto no solo cumpla con la resistencia bajo casos de carga
estática, sino también bajo escenarios de carga dinámica.
A continuación, se presenta en la imagen 3.31, los esfuerzos de Von Mises a los que se vería sometido
el marco principal.
Imagen 3.31. Esfuerzos de Von Mises
Como se puede aprecia en la imagen, el sistema se encuentra sometido a un máximo de unos 60MPa,
es decir un 17.39% del esfuerzo de fluencia. Según los valores recomendados en el libro Fundamentals of
Machine Component Desing, de Robert C. Juvenall, para materiales que no han sido ensayados, se debe
considerar un factor de seguridad de 3 a 4 y se deben comparar los esfuerzos, cuando se trata de cargas
repetidas, con el límite de endurecimiento del material. Dado lo anterior, si se tiene en cuenta un factor de
seguridad de entre 3 y 4, dado que el límite de endurecimiento se encuentra alrededor del 50% del esfuerzo
de fluencia, se requiere que el esfuerzo obtenido esté entre el 12.5% y el 16.5% del esfuerzo de fluencia.
Por consiguiente, podemos ver que el 17.39% obtenido está muy cerca del valor óptimo de diseño para no
fallar y cumplir con los requerimientos de seguridad. Se obtiene un factor de seguridad de 2,88.
Por otro lado, en la imagen 3.32, podemos ver el desplazamiento absoluto del marco, cuando está
sometido a la carga mencionada anteriormente.
15
Imagen 3.32. Desplazamiento Absoluto.
Como se observa, el desplazamiento máximo del sistema se da en el extremo del marco, donde se
encontrará apoyada la bicicleta: aproximadamente unos 4.5mm. Dado el desplazamiento obtenido en la
simulación, se puede despreciar la resistencia a flexión, ya que es mínima. Como vemos en la imagen 3.33,
lo elementos más vulnerables se encuentran de un color correspondiente el factor de seguridad calculado
anteriormente: 2.88.
Imagen 3.33. Factor de Seguridad.
16
4 FASE DE CONSTRUCCIÓN En el presente capítulo, se presenta el proceso de construcción realizado desde la compra de
materiales, el corte, el maquinado de los mismos y la soldadura, hasta la pintura, y los acabados finales.
Adicionalmente, se presenta al final del documento un esquema del prototipo construido, así como una lista
de piezas.
4.1 COMPRA DE MATERIALES
La compra de materiales se realizó por fuera de la universidad, en el barrio Ricaurte. La tubería y las
barras metálicas se compraron en Aceros El Dorado, donde el material fue proporcionado ya cortado en los
tramos de longitud necesaria. Se compraron 3 metros de tubería cuadrado de acero estructural de 30mm en
calibre 14, 1 metro de tubería cuadrada de acero estructural de 40mm en calibre 1/8, 1 metro de tubería
circular en acero CR de ½” de diámetro en calibre 16 y 1 metro de tubería circular en acero CR de 5/8” en
calibre 16. Adicionalmente se compraron 50cm de barra circular de acero 1020 de 1 y ¼”.
Las 4 perillas de plástico, los 6 tapones de caucho y las mangueras de caucho-espuma, fueron
comprados en Universal de Cauchos.
Finalmente, se compró toda la tornillería en Tornillos y Partes. Se compraron 2 pernos de 1/2” x 2”,
4 tornillos cabeza Bristol de 5/16” x 1 y ½”, 2 tornillos de 7/16” x 3”, tuercas de seguridad y arandelas
correspondientes para todos los tornillos mencionados.
4.2 CORTE, MAQUINADO, SOLDADURA Y ACABADOS
Todos los procesos de manufactura, igualmente, fueron realizados por fuera de la universidad. Todos
los procesos fueron realizados con la empresa Frencher Servicios Industriales.
A Frencher se le proporcionó el material comprado, con excepción de las láminas metálicas, ya que
éstas solo se vendían completas y la cantidad de material requerido era mínima. Por este motivo, Frencher
proporcionó el material necesario para realizar el corte de las piezas. Todas las piezas fueron cortadas con
tecnología láser, ya que el corte plasma no es tan limpio y deja imperfectos en las piezas, especialmente
donde comienza el corte.
Así mismo, se les proporcionaron los planos de todas las piezas y ellos realizaron todos los procesos
de corte, perforación, doblado y soldadura necesaria para construir el sistema. Finalmente, el modelo quedó
listo para pintura, tal y como se ilustra en la imagen 4.21.
Imagen 4.21. Marco soldado antes de ser pintado.
17
Una vez terminad todo el proceso de soldadura, se pulieron aquellas que fuesen necesarias y se envió
a pintura. Finalmente, se obtuvo el marco pintado, y se ensambló con la tornillería especificada.
Después de ensamblar todo el prototipo, se procedió a instalar las perillas plásticas, poner los tapones
de caucho para sellar los tubos y evitar que el agua pueda entrar dentro de la tubería. Para garantizar un
sello hermético, adicionalmente, se sellaron con silicona todos los bordes de los tapones.
Por último, se instalaron las mangueras de caucho espuma, forrando las barras de anclaje del marco
y el tenedor, para evitar que la bicicleta pueda sufrir daños o rayones al estar en contacto directo en las
superficies metálicas. Finalmente se obtuvo el artefacto terminado, ilustrado en las imágenes 4.22 y 4.23,
Imagen 4.22. Portabicicletas terminado. Imagen 4.23. Portabicicletas terminado.
Adicionalmente, se presenta el soporte fabricado para anclar el portabicicletas a la moto. Es importante
aclarar que, este soporte debe ser fabricado específicamente para cada moto, al igual que los soportes para
el baúl. Un baúl, de cualquier marca, sirve para cualquier motocicleta, sin embargo, el soporte que ancla el
baúl a la motocicleta generalmente es específico para cada moto, ya que va anclado al chasis o a la parrilla
de fábrica de la motocicleta. Para el desarrollo del prototipo y la realización de las pruebas, será utilizada
una motocicleta Suzuki V-Strom DL650 modelo 2005. Para esta motocicleta, se muestra en las imágenes
4.24 y 4.25 el soporte fabricado. Los costos de producción del soporte, materiales y manufactura, están
incluidos en los costos totales presentados en la próxima sección.
Imagen 4.24. Soporte en Inventor. Imagen 4.25. Soporte Manufacturado.
18
4.3 COSTO DE MATERIALES Y MANUFACTURA
En las tablas mostradas a continuación, imágenes 4.31 y 4.32, se presentan los costos asociados a los
materiales y la manufactura del prototipo. Dentro de los costos de manufactura se incluyen los costos de
mano de obra.
Imagen 4.31. Tabla Costo Materiales.
Imagen 4.32. Tabla Costo Manufactura.
Como se puede observar, el costo total aproximado del prototipo es de 316.000 COP. En la encuesta
realizada a los usuarios de motocicletas y bicicletas, se preguntó el monto que estaban dispuestos a pagar
por un producto que les permitiera transporta la bicicleta en la moto y se obtuvo, que un 57% de las personas
estaría dispuesta a adquirirlo por un costo entre 300.000 COP y 600.000 COP y un 39% estaría dispuesto a
pagar entre 150.000 COP y 300.000 COP. Según las posibilidades dialogadas con Frencher y con los
proveedores de materiales, para una producción en serie de al menos 50 unidades, se espera reducir el costo
de producción aproximadamente al 50%. Lo anterior volvería viable vender el producto en el mercado en
un precio de alrededor de 300.000 COP, el cual el 96% de los encuestados estaría dispuesto a pagar
19
4.4 FICHA TECNICA
A continuación, en la imagen 4.41, se presenta la ficha técnica del portabicicletas construido.
Imagen 4.41. Ficha Técnica.
5 PRUEBAS DEL PROTOTIPO Las motocicletas son muy susceptibles a los cambios: es muy diferente manejar con pasajero, con
baúl o con maletas laterales. Así mismo, la presión de las llantas, el peso del pasajero, la condición de la
superficie de las vías o el clima son factores que influyen fuertemente tanto en el comportamiento de la
motocicleta, como en la sensación al manejar.
Para obtener una respuesta del producto desde un punto de vista más crítico y detallado, se realizaron
unas pruebas básicas tanto cualitativas como cuantitativas. En el siguiente capítulo se presentan las pruebas
y los resultados obtenidos.
5.1 PRUEBAS CUANTITATIVAS
En cuanto a las pruebas cuantitativas, se realizaron una serie de mediciones de vibraciones para
comprobar qué tanto afecta, físicamente, el uso del portabicicletas e identificar qué efecto tiene el uso del
mismo en la dinámica de la motocicleta al conducir.
Anteriormente se mencionaron los distintos factores, entre muchos otros, que afectan la dinámica
de la motocicleta. Sin embargo, no necesariamente comprometen la seguridad de la misma.
Las vibraciones, es uno de los factores más importantes en la dinámica de la motocicleta y, para ello,
se han desarrollado sistemas de suspensión cada vez más eficientes y confortables para evitar que, dadas
las condiciones del terreno, la motocicleta pueda perder tracción al oscilar y, como consecuencia, el
conductor pierda el control de la motocicleta.
En este caso, se quiso comprobar cómo el uso del portabicicletas afectaba la oscilación de la
motocicleta. Para medir las vibraciones, se utilizó un iPhone X8, equipado con un giroscopio de 3 ejes y
acelerómetro. Adicionalmente, se utilizó una aplicación llamada VibSensor9, que registra los datos en
tiempo real medidos por el dispositivo. Es software genera una gráfica instantánea con los datos obtenidos,
sin embargo, también permite exportar los datos medidos en formato .CSV, que fueron procesados
posteriormente en EXCEL.
8 Al final del presente, en referencias, se presentan dos documentos donde se verifica la confiabilidad de utilizar los
acelerómetros y giroscopios con los que estos dispositivos están equipados. 9 Una aplicación desarrollada por NOW INSTRUMENTS AND SOFTWARE INC. Permite utilizar el Smartphone como
sismómetro, acelerómetro o giroscopio.
20
Para garantizar la uniformidad de la prueba se seleccionó una carretera libre de tráfico donde se
pudiese mantener una velocidad constante de 60km/h. Adicionalmente, era importante que la vía contara
con imperfetos en la superficie para identificar el comportamiento de la motocicleta con o sin portabicicletas
ante estos fenómenos. Para identificar el cambio que genera el portabicicletas en la moto, se midieron las
vibraciones con la motocicleta libre y, posteriormente, se repitió la prueba; esta vez con el portabicicletas
y las dos bicicletas instaladas. La gráfica obtenida, a partir de los datos registrados, se ilustra en la imagen
5.11. Sin embargo, aunque la prueba de trató de realizar la manera más rigurosa posible, dado que primero
se realizó sin portabicicletas y después con, es imposible garantizar que el eje de tiempo sea igual para las
dos pruebas. No se puede garantizar que los picos que se observas se hayan dado en el mismo lugar de la
vía. Adicionalmente, al convertir todas las aceleraciones en valores absolutos, los datos ya no contaban con
una distribución normal.
Dado lo anterior, se realizó la gráfica 5.12, construida a partir de un histograma de frecuencias,
utilizando el valor absoluto de los datos registrados y, posteriormente, estableciendo unos intervalos de
aceleraciones para determinar qué tanto se repite dicho intervalo de aceleraciones y, así, poder comparar
congruentemente los valores de la primera medición con los valores de la segunda medición.
Es importante aclarar que el dispositivo de medición fue ubicado siempre en el tanque de la
motocicleta, buscando que fuese un punto central de la misma, con el fin de registrar los datos de manera
uniforme y que registrase los movimiento de toda la motocicleta, y no solo del movimiento de la suspensión
trasera, que es más susceptible a oscilar y generar ruido en la medición.
Se realizó una prueba adicional, para comparar qué tanto más vibra el portabicicletas en
comparación con la moto. Para ello, esta vez, se instaló el dispositivo sobre el portabicicletas y se repitió,
una vez más la misma prueba, a la misma velocidad, en la misma vía. En la imagen 5.13, se ilustra la gráfica
obtenida a partir de los datos registrados. Para este caso si se puede garantizar la temporalidad de los
eventos, ya que se instaló un dispositivo de medición en la moto y otro en el portabicicletas, de forma
simultánea.
Imagen 5.11. Comparación de Vibraciones en la Motocicleta libre
y en la Motocicleta con Portabicicletas.
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
0 20 40 60 80 100
Ace
lera
ció
n [
m/s
^2]
Tiempo (s)
Vibraciones(Motocicleta Libre vs Motocicleta CP.)
Motocicletas CP. Motocicleta Libre
21
Imagen 5.12. Histograma de Vibraciones Registradas en la Motocicleta con y sin Portabicicletas.
Imagen 5.13. Comparación de Vibraciones en el Portabicicletas y la Motocicleta.
Imagen 5.14. Comparación de Vibraciones en el Portabicicletas y en el baúl de la motocicleta.
-
0.05
0.10
0.15
0.20
0.2
0
0.4
0
0.6
0
0.8
0
1.0
0
1.2
0
1.4
0
1.6
0
1.8
0
2.0
0
2.2
0
2.4
0
2.6
0
2.8
0
3.0
0
3.2
0
3.4
0
3.6
0
3.8
0
4.0
0
4.2
0
4.4
0
4.6
0
4.8
0
Frec
uen
cia
Rel
ativ
a
Aceleración [m/s^2]
Frecuancia Relativa de Vibraciones Registradas(Motocicleta Libre vs Motocicleta CP.)
Motocicleta Libre Motocicle CP.
-20
-10
0
10
20
0 20 40 60 80 100
Ace
lera
ció
n [
m/s
^2]
Tiempo (s)
Vibraciones(Portabicicletas vs Motocicletas)
Portabicicletas Motocicletas
-12
-9
-6
-3
0
3
6
9
12
0 20 40 60 80 100
Ace
lera
ció
n [
m/s
^2]
Tiempo (s)
Vibraciones(Portabicicletas vs Baúl)
Portabicicletas Baúl
22
En la primera imagen, 5.11, se puede ver que la diferencia registrada en las vibraciones es mínima
y, aunque sí hay un cambio en la amplitud de oscilación, el valor de aceleración de dicha vibración no es
significativo. La vibración máxima registrada en la motocicleta sin portabicicletas fue de 10.4m/s2, mientras
que en la vibración máxima registrada en la motocicleta con portabicicletas fue de 11.5m/s2. Se observan
únicamente tres picos, uno en el segundo 43” y dos en el segundo 47”, sin embargo, no se puede asegurar
que estos picos registrados correspondan al mismo momento, dado que la medición de ambos no fue
simultánea; primero se midió la motocicleta libre y después se repitió la medición con portabicicletas.
Sin embargo, en la imagen 5.13 si podemos ver la distribución de probabilidad de las aceleraciones
registradas en cada caso y se puede observar que las curvas son casi idénticas, por consiguiente, se puede
determinar que el portabicicletas no genera una vibración adicional significativa en la moto. Esto,
proporciona tranquilidad al usuario a la hora de manejar, pues es posible garantizar que el uso del artefacto
no compromete la seguridad de la motocicleta.
Por otro lado, en la imagen 5.13 sí se observe una oscilación mayor registrada en el portabicicletas
que en la motocicleta; especialmente cuando se transita sobre imperfectos en la vía. Sin embargo, aunque
el portabicicletas oscila con una amplitud mayor y registra mayores vibraciones, dados los resultados
obtenidos en la imagen 5.11, podemos afirmar que las vibraciones del portabicicletas no se trasmiten a la
motocicleta y la suspensión de la misma se encarga de mitigar el movimiento que se genera en el
portabicicletas. El amortiguador de la suspensión trasera de las motocicletas cuenta con un sistema de
precarga que se debe variar dependiendo de la carga que se va a transportar, lo cual mitigaría aún más este
efecto. Cabe aclarar que para las pruebas realizadas la precarga del amortiguador trasero de la motocicleta
siempre se mantuvo igual y las mediciones tanto del portabicicletas como de la motocicleta fueron
simultáneamente. Por lo cual no se presenta un gráfico de distribución normal para esta medición, ya que
se puede observar instantáneamente la diferencias en las vibraciones entre uno y otro.
Dado que la motocicleta utilizada contaba con un amortiguador desgastado y no estaba en
condiciones óptimas de desempeño, se decidió realizar una medición adicional comparando las vibraciones
registradas en el portabicicletas con las vibraciones registradas sobre el baúl de la motocicleta. Los
resultados obtenidos en la imagen 5.13 tenían como propósito identificar si las vibraciones del
portabicicletas eran transmitidas a la motocicleta y oscilaban de la misma manera. En este caso, se realizó
la prueba para comprobar si las vibraciones registradas eran causadas por el portabicicletas o si el
amortiguador había influenciado en las primeras pruebas. En la imagen 5.14 se puede observar la diferencia
en las vibraciones registradas de forma simultánea entre el baúl de la motocicleta y el portabicicletas. Como
se observa, el amortiguador efectivamente condicionó las pruebas anteriores, pues se puede comprobar que
la amplitud de oscilación del portabicicletas es apenas mayor que la amplitud de oscilación del baúl, que se
encuentra ubicado justo sobre la llanta trasera.
En el último capítulo de este documento, se proponen una serie de pruebas cualitativas para
corroborar el comportamiento observado durante estas pruebas y poder ofrecer garantías al usuario desde
diferentes puntos de vista y con diferentes argumentos provenientes de resultados cuantitativos.
5.2 PRUEBAS CUALITATIVAS: SENSACIÓN Y SENTIMIENTO
Anteriormente se mencionó lo susceptible que son las motocicletas a los cambios. Todas esas
susceptibilidades se traducen en una sensación, positiva o negativa, para el conductor. Es por ello, que la
sensación del usuario al manejar con el portabicicletas es muy importante para comprobar el éxito del
producto.
23
5.2.1 ANALISIS DE PERCEPCIÓN DINAMICA
Para determinar el sentimiento de los usuarios al manejar, se realizó la misma prueba con 5
conductores diferentes, todos ellos usuarios de motocicleta de alto cilindraje10. Se realizó un circuito sin
tráfico donde pudieran acelerar y frenar con tranquilidad. Se les solicitó realizar el circuito cuatro veces:
dos vueltas como prueba inicial y dos vueltas como prueba final. Entre esas dos pruebas, se les solicitó, en
otra locación, tomar una curva a una velocidad lenta (20km/h), una a velocidad moderada (60km/h) y otra
a alta velocidad (100km/h). Se les solicitó hacer un giro en “U”, pasar un policía acostado, realizar una
maniobra de frenado en seco y, por último, realizar un trayecto de aproximadamente 5 minutos por las vías
congestionadas en la ciudad de Bogotá. Como prueba adicional, se les solicitó realizar un circuito corto de
2km con un pasajero.
Imagen 5.21. Un conductor, con pasajero, realiza una de las pruebas.
En un comienzo, la sensación de todos fue la misma: inestabilidad. A bajas velocidad y comenzado
a conducir por primera vez con el portabicicletas, todos tuvieron un sentimiento de inestabilidad. El
movimiento de las bicicletas, por más sutil que sea, a bajas velocidad causa un sentimiento de inestabilidad
en los conductores. Su primera impresión fue de inseguridad. Cuando pudieron andar a una mayor
velocidad, poco a poco el sentimiento de inestabilidad fue desapareciendo. Para la segunda vuelta, el
sentimiento había cambiado pero aún podía sentirse desconfianza en el usuario a la hora de manejar.
Cuando se procedió a la toma de curvas, todos afirmaron sentirse cómodos tomando la curva a mayor
velocidad. Cuando toman la curva a 20km/h, se siente más pesada la motocicleta e influye más el peso del
portabicicletas. Así mismo, afirmaron sentirse intranquilos al tomar la curva a 100km/h. Sin embargo,
confiesan que no es porque el portabicicletas cause una sensación incómoda al manejar, sino por ser
conscientes de llevarlo atrás y desconocer sus garantías. Todos dijeron haber sentido la motocicleta firme
y segura a la hora de tomar las curvas, pero aceptaron tener un sentimiento de desconfianza generado por
el desconocimiento de producto.
Después de haber tomado las curvas y realizado el circuito, se les solicitó realizar el giro en “U” y
realizar una maniobra de frenado en seco. Ninguno de los conductores tuvo problemas para realizar el giro
en “U” y afirmaron sentir la moto bien. Dos de los conductores realizaron la maniobra de frenado con
confianza, mientras tres de ellos tuvieron que repetirla entre 3 y 5 veces para realizarla con confianza.
10 En la imagen 5.21 se puede observar a uno de los conductores realizando una de las pruebas.
24
Después de realizarla con confianza, todos afirmaron sentirla segura a la hora de frenar y pudieron repetir
la maniobra repetidas veces, con confianza.
Cuando llegó la prueba de manejar en el tráfico, todos los conductores confesaron sentirse tranquilos
de hacerlo por haberse antes familiarizado con el portabicicletas y la sensación al manejarlo. Durante el
trayecto, aunque fue igual para todos, cada uno se vio obligado a realizar diferentes maniobras o giros, pero
todos afirmaron haberle tomado confianza a velocidad baja y haber encontrado la forma de maniobrar a
velocidades bajas controlando el portabicicletas para sentirse a gusto y seguros.
Finalmente se les pidió repetir el circuito inicial. Para entonces, ya todos habían interactuado
suficiente con el portabicicletas y no reportaron ninguna inconformidad al manejar.
Como ejercicio adicional, se les preguntó si lo usarían en su propia motocicleta. Tres de ellos
respondieron convencidos que adquiriría el producto y confesaron haber cambiado de opinión respecto a
su primera impresión. Una cuarta persona respondió de forma afirmativa, pero haciendo énfasis en la
necesidad de acortar el artefacto para volver la motocicleta más maniobrable. El quinto conductor confesó
parecerle una buena idea, pero afirmó que prefiere llevar las bicicletas en el carro y usar la moto para pasear.
5.2.2 ACOPLE Y DESACOPLE DEL SISTEMA
Uno de los problemas más comunes en este tipo de dispositivos es su complejidad para ser instalado
o desinstalados de la motocicleta. La mayoría de las ofertas en el mercado implican el uso de herramienta
y retirar al menos 4 pernos para quitar el soporte.
Paralelamente, en Bogotá, dados los problemas de movilidad, la motocicleta es una solución y el medio
de transporte diario para muchos ciudadanos. Si instalar o desinstalar el portabicicletas no es una operación
sencilla, el usuario no lo adquiere. Pues tendría que disponer del tiempo para instalarlo cada vez que desea
salir de paseo y disponer del tiempo para desinstalarlo cada vez que vuelve a la ciudad y necesita retirarlo
para moverse por la ciudad con facilidad. Este fue uno de los puntos clave a resolver para volver el sistema
versátil, rápido y sencillo. Fue entonces cuando se tomó la decisión de desarrollar un sistema de tiro de
arrastre en la motocicleta donde se pudiera insertar el portabicicletas y sacarlo con facilidad. Por temas de
costo, el prototipo actual se desarrolló con un perno y una tuerca para bloquear el portabicicletas, sin
embargo, se plantea en el siguiente capítulo una solución más rápida y, adicionalmente, segura.
Con los mismos 5 conductores utilizados para las pruebas de manejo, se realizaron unas pruebas de
instalación y desinstalación del portabicicletas11. La primera de ellas, retirar el portabicicletas de la moto,
desconociendo el procedimiento para hacerlo. Luego, se repitió la prueba, conociendo el procedimiento.
Posteriormente, se les solicitó retirar las dos bicicletas del portabicicletas y quitar el portabicicletas de la
motocicleta, desconociendo el procedimiento de desacople de las bicicletas. Luego, se realizó la misma
prueba, pero conociendo el procedimiento de desacople. Adicionalmente se realizaron las cuatro mismas
pruebas, pero esta vez para el proceso de instalación. En la imagen 5.23 se presenta una tabla con los
tiempos promedio que les tomó a los 5 conductores realizar cada una de las pruebas.
11 En la imagen 5.22 se observa a uno de los conductores realizando el proceso de instalación.
25
Imagen 5.22. Uno de los conductores realiza el proceso de instalación.
Para efectos práctica y suponiendo que el portabicicletas sacado al mercado tiene implementado el
sistema propuesto en posibles mejoras, se dejó el perno libre, sin la tuerca, para que pudiese ser retirado
con facilidad.
Imagen 5.23. Tabla de tiempos de instalación y desinstalación
6 CONCLUSIONES Se construyó de forma exitosa un portabicicletas que cumpliera con los requerimientos especificados:
que permitiese transportar al pasajero, que permitiese transportas simultáneamente dos bicicletas, que no
implicara sacrificar el baúl de la motocicleta, que no superara el ancho de la motocicleta, que solo fuese
necesario retirar la llanta delantera de las bicicletas, que se pudiera plegar cuando estuviese vacío y que se
pudiese instalar en cualquier motocicleta existente en el mercado. En la imagen 6.11 se muestra el prototipo
final, instalado y con las dos bicicletas.
Adicionalmente, se pudo desarrollar un sistema que no comprometiera la dinámica y la versatilidad de
la motocicleta, garantizando la seguridad del conductor al hacer uso del portabicicletas.
Se pudo comprobar tanto cuantitativa como cualitativamente los efectos del uso de portabicicletas en
la motocicleta. Los usuarios se muestran satisfechos con la solución planteada y los análisis de resultados
revelan que, aun cuando el portabicicletas cambia la dinámica de la motocicleta, al igual que sucede cuando
26
se lleva pasajero, carga u otro elemento adicional, no afecta de forma negativa la dinámica de la
motocicleta.
También fue posible implementar un plan de trabajo a futuro que permita mejorar el prototipo actual
y crear un sistema de garantías y confiabilidad.
Valdría la pena intentar reglamentar el producto, ya que en Colombia, como se dijo anteriormente, no
existe ninguna normativa o reglamentación que permita o estandarice el uso de portabicicletas en las
motocicletas. Evitando así, que se presenten problemas en las vías por el uso del mismo.
Imagen 6.11. Prototipo terminado e instalado.
7 TRABAJO FUTURO El prototipo desarrollado cuenta con todos los requerimientos planteados y cumple con las
necesidades especificadas. Sin embargo, existen algunos elementos que podrían mejorarse para simplificar
el uso o mejorar la dinámica de la motocicleta al conducir. Adicionalmente, existe una gran cantidad de
elementos que podrían implementarse para agregar componentes de seguridad o, igualmente, agilizar el
proceso de instalación. En algunos casos, la implementación de estos nuevos elementos no era relevante
para determinar la funcionalidad del artefacto. En otros casos, el costo fue un factor determinante para
decidir no implementarlo en el prototipo, ya que primero se debía comprobar su funcionamiento, antes de
pensar en otras características secundarias que, podrían brindarle una funcionalidad, pero no influyen en su
desempeño.
Así, se plantean entonces tres puntos claves para desarrollar a futuro. El primero, sistemas de
seguridad vial para garantizar la seguridad tanto del conductor como de los otros usuarios de las vías.
Segundo, posibles mejoras al artefacto para reducir peso o simplificar su instalación. Y, por último, una
serie de pruebas cuantitativas para implementar un sistema de garantías y confiabilidad que proporcione al
usuario tranquilidad y seguridad.
27
7.1 SISTEMAS DE SEGURIDAD VIAL
En cuanto a las mejoras a implementar para la seguridad vial se plantean, principalmente, tres cosas
que deberían ser consideradas para garantizar la seguridad del conductor y de los demás usuarios de las
vías, especialmente en horas de la noche.
La primera de ellas, un sistema de luces que, adicionalmente, esté conectado a las luces de freno de
la motocicleta, para que los demás conductores puedan ver con facilidad cuando la moto está frenando y
guardar una distancia prudente, ya que con la luz de freno de la motocicleta, se pierde la perspectiva, pues
se encuentra mucho más lejos que el extremo de la bicicleta que va a bordo.
La segunda, un sistema de luces direccionales, igualmente conectado al sistema eléctrico de la
motocicleta, que indique a los demás conductores cuando el conductor de la motocicleta desea girar.
Conducir con el portabicicletas, amplía el radio de giro de la motocicleta, por ello un sistema de luces
direccionales advertiría a los demás usuarios de las vías para que guarden su distancia cuando la motocicleta
esté girando.
Tercero, una placa adicional, ya que las bicicletas pueden obstruir la visión de las autoridades e
impedir que la placa pueda ser leída con facilidad. Y según el código de tránsito nacional colombiano la
placa de todo vehículo que transite por las vías debe ser “visible, legible y estar en buen estado”.
7.2 POSIBLES MEJORAS
En cuanto a las mejoras generales a implementar, se establecen 5 puntos claves, para reducir el peso
del artefacto, facilitar su instalación y desinstalación, reducir su tamaño y alterar lo menos posible la
dinámica original de la motocicleta.
En primer lugar, y como medida necesaria, se establece la necesidad de fabricar el dispositivo en
aluminio y plástico. El prototipo fue realizado en acero, pensando en los costos, ya que realizando los
cálculos pertinentes, se pueden determinar las medidas o calibres necesarios de los diferentes elementos
para cumplir con los mismos requisitos de carga y soportar los mismos esfuerzos, utilizando un material
diferente. Así mismo, para realizar las piezas de plástico se necesita un molde de inyección, que no se
justificaba manufacturar para realizar una sola pieza; por esto, se realizaron las piezas en acero, utilizando
tecnología CNC. Con el cambio del material de acero a aluminio se estaría reduciendo el peso en
aproximadamente un 60-70%, dependiendo del aluminio a utilizar y el calibre que se debe implementar.
En segundo lugar, inclinar más el riel del portabicicletas, con el fin de poder acercar más la bicicleta
a la moto, desplazar menos el centro de gravedad del sistema y reducir el torque que ejerce el peso de la
bicicleta sobre el centro de gravedad de la motocicleta. Así mismo, vuelve el sistema más corto, lo cual
facilita la maniobrabilidad, reduce el radio de giro y ayuda al comportamiento dinámico de la motocicleta.
Tercero: utilizar un pasador libre con herraje de seguridad para bloquear el portabicicletas al tiro de
arrastre de la motocicleta. Actualmente el portabicicletas lleva un perno con punta roscada que se atornilla
a una tuerca soldada en el otro extremo. Esto implica tener una llave siempre consigo para poder instalar o
desinstalar el portabicicletas. La única función del pasador es evitar que el portabicicletas se mueva en la
dirección del tiro de arrastre y se salga, por tal motivo, no hay necesidad de que el perno vaya roscado pues
un pasador libre garantizaría exactamente lo mismo. Por ello se propone utilizar un pasador que atraviese
las dos entradas del tiro de arrastres y se asegure con una llave para evitar que pueda ser hurtado. En la
imagen 7.21, se ilustra el sistema planteado. También se plantea un sistema sin llave de seguridad, pero que
permita liberar rápidamente el portabicicletas, como se ilustra en la imagen 7.22
28
Imagen 7.21. Pasador de Seguridad. Imagen 7.22. Pasador sin llave.
Así como se plantea un sistema anti-hurto para el portabicicletas, también se plantea un sistema anti-
hurto para la bicicleta. El primer sistema planteado, es igual al sistema utilizado en los portabicicletas para
automóviles: la barra que sujeta el marco lleva un bloqueo con llave que no permite deslizar la barra, para
liberar el marco si está bloqueado. También se plantea un sistema muy sencillo anti-hurto para la bicicleta:
soldar al soporte dos arandelas por donde se pueda pasar una guaya metálica para asegurar tanto la llanta
como el marco de la bicicleta. Escoger entre un sistema u otro, dependerá del costo y lo que el usuario esté
dispuesto a pagar. Como cuarta medida de implementación, se plantea crear una platina que soporte los
brazos cuando están plegados, así como una abrazadera de caucho que sujete los brazos y evite que estos
puedan saltar con las vibraciones de la motocicleta. Cabe aclarar que los brazos van plegados únicamente
cuando se tiene el soporte instalado en la motocicleta pero sin bicicletas. Por último, se propone cubrir con
caucho espuma el soporte de la biela, así como el brazo completo del marco y el tenedor, con el fin de
proteger la bicicleta y garantizar que no vaya a haber contacto directo contra el metal, que pueda rayar o
dañar la bicicleta.
En la imagen 7.23 se muestra el modelo final con las posibles mejoras. Se ilustra con un brazo
doblado y la banda de caucho amarrada y otro extendido con la cinta de caucho suelta, para apreciar la
diferencia cuando está almacenado o en uso. El material es el único cambio que no se puede apreciar en el
modelo; todas las demás propuestas se ilustran en la imagen, excepto la placa, que se plantea vaya sujeta a
las llantas de la bicicleta para que sea completamente visible.
Imagen 7.23. Modelo con posibles mejoras implementadas.
29
7.3 PRUEBAS CUANTITATIVAS
Para garantizar el éxito en el mercado, se debe implementar un sistema de garantías y confiabilidad
que proporcionen al usuario tranquilidad y seguridad.
Aun cuando la sensación al conducir con el portabicicletas es placentera y no hay sensación de riesgo
o sentimiento de inseguridad, se deben realizar pruebas cuantitativas que permitan medir las variables
físicas para comprobar que, bajo situaciones de uso normales o casos extraordinario que pueden presentarse
en las vías, el portabicicletas se comportará de manera segura y confiable.
Se le deben realizar, en primer lugar, pruebas de esfuerzo al prototipo para comprobar resistencia y
propiedades físicas, entre otros. En segundo lugar, pruebas al sistema motocicleta-portabicicletas para
comprobar que la dinámica de la motocicleta no se vea afecta y que la seguridad de la misma no se vea
comprometida por el uso del portabicicletas.
En cuanto al prototipo del portabicicletas, se deben realizar pruebas de fatiga y flexión. Someterlo a
vibraciones u oscilación, con diferentes cargas, para comprobar bajo qué circunstancias falla y cuánto ciclos
resiste, antes de fallar. Así mismo, se deben realizar pruebas de carga máxima, para comprobar el factor de
seguridad experimental del producto y establecer una carga máxima para el usuario.
En segundo lugar, y aún más importante que las pruebas del prototipo, son las pruebas del sistema
motocicleta-portabicicletas. Es muy importante garantizarle al usuario que el uso del portabicicletas no
compromete la seguridad de la motocicleta, ni pone en riesgo su integridad física.
Se debe comprobar el comportamiento de la motocicleta de forma cuantitativa: encontrar el nuevo
centro de gravedad experimental y medir el desplazamiento que ha sufrido por la instalación del
portabicicletas para corroborar que su desplazamiento sea mínimo y despreciable. De esta forma se puede
garantizar que la moto tendrá el mismo comportamiento. Adicionalmente, se deben medir las fuerzas
normales sobre las dos ruedas con y sin portabicicletas para comprobar que el cambio es mínimo y
garantizar que, dada esa disminución en la fuerza normal de la llanta delantera, no se pierde tracción (µN)
en la llanta delantera al momento de conducir. Por último, se debe hacer una prueba de impacto, para
garantizar que, dada una caída o un choque en la motocicleta, las bicicletas no comprometan la integridad
física del conductor o del pasajero.
8 REFERENCIAS A continuación se presentas las referencias bibliográficas usadas para el desarrollo del documento.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
JUVENALL, R.C., & MARSHEK, K.M. (2005). Fundamentals of Machine Components
Design, 4th ed. Nueva York, EE.UU. John Wiley.
SMITH, W.F., & HASHEMI, J. (2014). Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de los
materiales. 5 ed. Mexico D.F, México. McGraw Hill Education.
McCOY M.L., MORADI, R., & LANKARANI, H.M. (2011). Analysis of fatigue resistance
of continuous and non-continuous welded rectangular frame intersections by finite element
method. Kansas, EE.UU. Journal of Mechanical Science and Technology.
30
ELAZZAZI, A., BITTEL, A.J., & BITTEL, D.C. (2015). Accuracy and Precision of an
Accelerometer-Based Smartphone AppDesigned to Monitor and Record Angular Movement
over Time. Saint Lous, MO. EE.UU. Washington University.
REFERENCIAS ELECTRONICAS
ANDI. 2017. Las motocicletas en Colombia. Bogotá, Colombia: ANDI. Recuperado de
http://www.andi.com.co/Uploads/LasMotocicletasEnColombia.pdf
ASTM Standars: A500/A500M-18. Cold-Formed Welded and Seamless Carbon Steel
Structural Tubing in Rounds and Shapes.
Bohórquez, K.S. 2018. Cuánto ha aumentado el número de motos en Colombia en los últimos
10 años. Bogotá, Colombia: La República. Recuperado de
https://www.larepublica.co/empresas/el-parque-de-motos-crecio-233-en-los-ultimos-10-
anos-2716453
Caracol. 2017. En Colombia hay más motos que carros. Bogotá, Colombia: Caracol Radio.
Recuperado de http://caracol.com.co/radio/2017/07/04/nacional/1499199041_053652.html
Colprensa. 2017. En mil por ciento ha crecido el número de bicicletas en el país.
Barranquilla, Colombia: El Heraldo. Recuperado de https://www.elheraldo.co/colombia/en-
mil-por-ciento-ha-crecido-el-mercado-de-las-bicicletas-en-el-pais-405693
Manchego, M. 2018. ¿Por qué la gente se baja del bus y se sube en las motos? Bogotá,
Colombia: El Tiempo. Recuperado de https://www.eltiempo.com/economia/sectores/sigue-
en-aumento-la-venta-de-motos-en-colombia-200866
31
9 ANEXOS A continuación, se encuentran los planos del portabicicletas: se presentan todos los planos de las piezas
que fueron fabricadas a la medida. Para las piezas estándar, conseguidas en el mercado, como las perillas
de plástico, los tapones de caucho, los empaques de caucho espuma, la tornillería o el clamp del tenedor,
no se presenta un plano adjunto. Adicionalmente, se encuentran los resultados obtenidos en la encuesta de
mercado.
9.1 PLANOS
Plano 1. Buje Roscado
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Plano 2. Barra Externa Brazo Marco
Plano 3. Barra Rotación Brazo Marco
33
Plano 4. Barra Externa Brazo Tenedor.
Plano 5. Barra Interna Brazo Marco
34
Plano 6. Unión de Rotación Clamp Tenedor
Plano 7. Barra A Riel Bicicleta.
35
Plano 8. Barra B Riel Bicicleta.
Plano 9. Barras Lateras Anclaje Soporte.
36
Plano 10. Barra Principal Anclaje Soporte
9.2 RESULTADOS SONDEO DE MERCADO
Cuando viaja fuera de la ciudad, en su
tiempo libre, ¿lleva con usted su
bicicleta?
Cuando viaja fuera de ciudad, en su
tiempo libre, ¿viaja acompañado o solo?
Independientemente de si son suyas o no,
cuando viaja fuera de la ciudad, ¿cuántas
bicicletas suele llevar en su vehículo?
Cuando va a viajar fuera de la ciudad en
su tiempo libre, ¿ha tenido que escoger
entre viajar con su bicicleta o viajar en la
moto?
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Asumiendo que usted viaja sin bicicleta,
cuando viaja fuera de la ciudad, ¿prefiere
viajar en moto o en carro?
Cuando viaja en moto fuera de la ciudad,
en la mayoría de los casos, ¿viaja con
solo o con pasajero?
Si pudiese transportar su bicicleta tanto
en su moto como en su carro, ¿preferiría
viajar en moto y transportar su bicicleta
en ella, o preferiría viajar en el carro y
transportar su bicicleta en él?
En la mayoría de los casos, cuando se
dispone a montar en bicicleta de forma
recreativa o deportiva, ¿hace uso de un
vehículo para llegar al lugar de partida o
se transporta en la bicicleta misma hasta
el punto de partida?
¿El tráfico de la ciudad afecta su
disposición para salir a montar en
bicicleta fuera de la ciudad?
¿Cree usted que montaría más
frecuentemente en bicicleta, si le tomase
menos tiempo transportarse al punto de
partida, desde donde comienza su
actividad física?
¿Alguna vez ha necesitado transportar su
bicicleta en la moto?
¿Alguna vez ha dejado de llevar su
bicicleta, dado que no puede
transportarla en la moto?
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¿Alguna vez ha necesitado transportar
más de una bicicleta en su moto?
¿Le interesaría adquirir un
portabicicletas para su moto?
¿Cuánto estaría dispuesto a pagar por un
portabicicletas para su moto?
¿Posee usted algún portabicicletas para la
moto?
¿Su portabicicletas sacrifica el puesto del
pasajero?
¿Necesita usted el puesto del pasajero
cuando transporta su bicicleta?
Al conducir, ¿siente que su
portabicicletas afecta la dinámica o
versatilidad de la moto?
