Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 3 (1): 10-22
Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Universidad Autónoma de Baja California ISSN 2594-1925
Volumen 8 (3): e402. Julio-Septiembre. https://doi.org/10.37636/recit.v8n3e402.
ISSN: 2594-1925
1
Artículo de investigación
Diseño y evaluación de una estación de carga fotovoltaica para
motocicletas eléctricas en Ciudad Juárez, Chihuahua
Design and evaluation of a photovoltaic charging station for electric Motorcycles in Ciudad Juárez,
Chihuahua
Diego Moisés Almazo Pérez , Ingrid Carolina Romero Vázquez , Delfino Cornejo Monroy , Carlos Alberto
Ochoa Ortiz
Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Instituto de Ingeniería y Tecnología, Departamento de Ingeniería Industrial y
Manufactura, Av. Del charro S/N, 32320, Ciudad Juárez, Chihuahua, México.
Autor de correspondencia: Diego Moisés Almazo Pérez, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Instituto de Ingeniería y Tecnología, Departamento de
Ingeniería Industrial y Manufactura, Av. Del charro S/N, 32320, Ciudad Juárez, Chihuahua, México. Correo electrónico: diego.almazo@uacj.mx. ORCID:
0000-0002-3440-8886.
Recibido: 22 de Febrero del 2025 Aceptado: 25 de Junio del 2025 Publicado: 12 de Julio del 2025
Resumen. Este trabajo de investigación tiene como objetivo principal diseñar una estación de carga fotovoltaica para
motocicletas eléctricas en Ciudad Juárez, Chihuahua, capaz de soportar las cargas de viento propias de la región. El proyecto
surge ante la creciente demanda de transporte eléctrico y el alto potencial solar de la zona, destacando la necesidad de
infraestructuras que faciliten la transición hacia energías renovables. La justificación del proyecto radica en la falta de
estaciones de carga solar fotovoltaica para motocicletas en la ciudad, a pesar de la existencia de estaciones convencionales
para vehículos eléctricos. El proyecto busca aprovechar las condiciones climáticas favorables para la energía solar,
mejorando la autosuficiencia energética y reduciendo los costos residenciales de recarga, contribuyendo así a la lucha contra
el calentamiento global. El trabajo se centra en la selección de materiales adecuados para la estructura, el análisis del ángulo
óptimo de inclinación de los paneles solares y la adaptación del diseño para maximizar la eficiencia energética. Se determinó
que se requieren 6 paneles solares para garantizar tiempos de carga eficientes y un aprovechamiento máximo de la energía
solar disponible. Se utilizó el software SolidWorks para diseñar dos propuestas de estaciones de carga solar, considerando la
selección de materiales, el cálculo de dimensiones y la selección de columnas aptas para las condiciones locales. Para el
análisis estructural, se emplearon herramientas de simulación como ANSYS y Abaqus, que permitieron calcular las cargas
aplicadas por el viento, las reacciones en los soportes y las deflexiones. Se evaluaron dos materiales para las columnas y
vigas: acero inoxidable 304 y aleación de aluminio AL6005-T5. Ambos materiales cumplen con los requisitos de resistencia y
seguridad, aunque el acero mostró una mayor rigidez y resistencia a la deformación. El diseño final propone una estructura
metálica robusta, con paneles solares ubicados estratégicamente para optimizar la captación de energía. Las simulaciones de
esfuerzos y deformaciones demostraron que la estructura es capaz de soportar las cargas y condiciones climáticas de la región,
asegurando su funcionalidad y durabilidad.
Palabras clave: Carga; Energía; Estructura; Simulación; Fotovoltaica.
Abstract. - This research work aims to design a photovoltaic charging station for electric motorcycles in Ciudad Juárez,
Chihuahua, capable of withstanding the wind loads typical of the region. The project arises in response to the growing demand
for electric transportation and the area's high solar potential, highlighting the need for infrastructure that facilitates the
transition to renewable energy. The justification for the project lies in the lack of photovoltaic charging stations for motorcycles
in the city, despite the existence of conventional charging stations for electric vehicles. The project seeks to take advantage of
favorable climatic conditions for solar energy, improving energy self-sufficiency and reducing residential charging costs,
thereby contributing to the fight against global warming. The work focuses on selecting suitable materials for the structure,
analyzing the optimal tilt angle for solar panels, and adapting the design to maximize energy efficiency. It was determined that
6 solar panels are required to ensure efficient charging times and maximum utilization of available solar energy. The software
SolidWorks was used to design two proposals for solar charging stations, considering material selection, dimension
calculations, and the choice of columns suitable for local conditions. For structural analysis, simulation tools such as ANSYS
and Abaqus were employed to calculate wind loads, support reactions, and deflections. Two materials were evaluated for the
columns and beams: stainless steel 304 and aluminum alloy AL6005-T5. Both materials meet the strength and safety
requirements, although stainless steel showed greater stiffness and resistance to deformation. The final design proposes a
robust metal structure with solar panels strategically placed to optimize energy capture. Stress and deformation simulations
demonstrated that the structure can withstand the region's loads and climatic conditions, ensuring its functionality and
durability.
Keywords: Charging; Energy; Structure; Simulation; Photovoltaic.
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1. Introducción
La creciente demanda de energía eléctrica para
vehículos eléctricos ha impulsado la necesidad
de infraestructura de carga sustentable. En este
contexto, las estaciones de carga fotovoltaicas
representan una solución innovadora al
aprovechar la energía solar, una fuente renovable
y abundante [1]. La ciudad de Ciudad Juárez,
ubicada en el estado de Chihuahua, es una región
con un alto potencial solar, lo que la convierte en
un lugar ideal para la implementación de este tipo
de tecnologías [2]. Sin embargo, el diseño de
estas estaciones debe considerar factores
climáticos como las ráfagas de viento intensas y
las temperaturas extremas, que pueden afectar la
durabilidad y eficiencia de la estructura [3].
Este proyecto busca diseñar una estación de
carga solar para motocicletas eléctricas que sea
resistente a las condiciones climáticas de la
región y optimice la captación de energía solar.
Para ello, se analizaron materiales, se calcularon
ángulos óptimos de inclinación de los paneles
solares y se realizaron simulaciones estructurales
para garantizar la integridad de la estructura [4].
El uso de software como SolidWorks, ANSYS y
Abaqus permitió validar el diseño y asegurar su
viabilidad [5].
La implementación de estaciones de carga
fotovoltaicas no solo contribuye a la reducción de
emisiones de CO₂, sino que también promueve la
movilidad sostenible y la independencia
energética [6]. Este trabajo representa un avance
significativo en la integración de energías
renovables en el transporte urbano, ofreciendo
una solución viable para ciudades con alto
potencial solar como Ciudad Juárez [7].
1.1 Antecedentes
En los últimos años, el uso de energías
renovables ha ganado relevancia debido a la
necesidad de reducir la dependencia de los
combustibles fósiles y mitigar el cambio
climático [8]. La energía solar fotovoltaica, en
particular, ha experimentado un crecimiento
significativo gracias a su disponibilidad y bajo
impacto ambiental [9]. En el contexto de las
estaciones de carga para vehículos eléctricos, la
energía solar se ha convertido en una alternativa
viable para reducir las emisiones de gases de
efecto invernadero y promover la movilidad
sostenible [10].
Varios estudios han abordado el diseño y
optimización de estaciones de carga solar. Por
ejemplo, Marler (2022) investigó la estabilidad
de techos solares en estacionamientos del
supermercado Walmart, identificando
debilidades en los soportes y recomendando
mejoras en el diseño [11]. Ramos y Céspedes
(2021) diseñaron una estación de carga solar en
un centro comercial, demostrando su viabilidad
técnica y económica, así como su impacto
positivo en la reducción de emisiones de CO₂
[12]. Además, Ali et al. (2020) compararon
diferentes tipos de estructuras de cubierta para
estaciones de carga solar, concluyendo que la
estructura "Monopitch" es la más eficiente en
términos de generación de energía [13].
En cuanto a las condiciones climáticas,
Hernández (2020) estudió los niveles de carbono
negro en Ciudad Juárez, relacionándolos con el
tráfico vehicular y la calidad del aire [14]. Por
otro lado, Yang y Bai (2017) analizaron los daños
en estructuras de acero liviano expuestas a
vientos de alta velocidad, proponiendo
soluciones para mejorar su resistencia [15]. Estos
estudios resaltan la importancia de considerar
factores climáticos en el diseño de estructuras de
soporte para paneles solares [16].
En el ámbito de los materiales, Díaz (2014)
evaluó el comportamiento lateral de cimientos
para paneles solares, validando la eficacia de un
diseño único que garantiza la resistencia y
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seguridad de la estructura [17]. Además, estudios
como los de Stojanovic et al. (2018) han
explorado las propiedades de las aleaciones de
aluminio, destacando su baja densidad y alta
resistencia mecánica, lo que las hace ideales para
aplicaciones estructurales [18].
En cuanto a las motocicletas eléctricas, Beshilas
y Aznar (2020) destacaron su potencial para
mejorar la calidad del aire en comparación con
los automóviles eléctricos de cuatro ruedas [19].
Sin embargo, su adopción en México aún es
limitada debido a los altos costos, aunque se
espera que disminuyan con el avance tecnológico
[20].
Finalmente, el uso de herramientas de simulación
como el método de elementos finitos (MEF) ha
sido fundamental para el análisis estructural de
estaciones de carga solar. Srirekha y Bashetty
(2010) describieron el MEF como una técnica
eficaz para predecir el comportamiento de
estructuras bajo cargas externas, lo que permite
optimizar el diseño antes de su construcción [21].
Además, Gueymard (2004) destacó la
importancia de la irradiancia solar en el diseño de
sistemas fotovoltaicos, lo que influye en la
eficiencia energética de las estaciones de carga
[22].
2. Metodología y desarrollo
2.1 Datos históricos meteorológicos en
Ciudad Juárez
Con el fin de aportar mayor precisión a la
investigación se utilizaron los datos más
actualizados se tomaron los datos del año 2023.
A continuación, en la Figura 1 se muestran los
datos históricos obtenidos de la temperatura en
Ciudad Juárez en 2023. En la Tabla 1 se muestran
las horas de luz natural promedio mensual en
Ciudad Juárez.
Figura 1. Temperaturas reportadas mínimas (marcas azules) y máximas (marcas rojas) diarias en 2023 (Cedar Lake Venture,
Inc., 2024).
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Tabla 1. Distribución de muestras para las diferentes temperaturas y contenido de Cal. Horas de luz natural promedio mensual
en Cd. Juárez en 2023 (Cedar Lake Venture, Inc., 2024).
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Horas
De luz
natural
10.3
11.1
12.0
13.0
13.8
14.2
14.0
13.3
12.3
11.4
10.5
10.1
En la Figura 2 se muestra la velocidad de viento diaria anual en 2023, donde se mostraron picos de
velocidad en las fechas:
30 de septiembre con una velocidad 116.7 km/h
26 de febrero con una velocidad de 113 km/h
14 de febrero con una velocidad de 103.7 km/h
24 de marzo con una velocidad de 100 km/h
Siendo la más alta registrada de 116.7 km/h.
Figura 2. Velocidad del viento en 2023 en Cd. Juárez (Cedar Lake Venture, Inc., 2024).
En la Figura 3 se muestra el porcentaje de horas
de la dirección del viento proveniente de los 4
puntos cardinales en Cd. Juárez, 2023 donde se
observaron vientos mayormente provenientes
del Oeste.
Figura 3. Dirección del viento en Ciudad Juárez 2023 en Cd. Juárez (Cedar Lake Venture, Inc., 2024).
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2.2 Irradiación solar
Debido a que la trayectoria solar influye
directamente en la irradiación solar, fue
imperativo conocer la trayectoria de la zona de
estudio. En la Figura 4 se muestra la trayectoria
solar en Cd. Juárez, donde se visualizó la
elevación solar de acuerdo con los puntos
cardinales. Además, una concentración de área
activa en el ángulo azimut de 180°, en otras
palabras, es el hemisferio Sur.
Figura 4. Horizonte y trayectoria solar 2023 en Cd. Juárez (Solargis, 2024).
Con las coordenadas geográficas 31.692647°, -106.493813° en Ciudad Juárez, Chihuahua, México se
obtuvieron los siguientes resultados en Global Solar Atlas. En la Tabla 2 se muestra la salida de energía
fotovoltaica producida por la irradiancia solar en un ángulo de 0° con respecto al plano horizontal sobre
un panel solar de 470 Wp, donde se obtuvo 822.5 kWh por año.
Tabla 2. Promedio mensual de generación de energía fotovoltaica a 0° (Solargis, 2024).
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
kWh
46.5
52.8
73.8
84.1
93.6
88.9
84.5
78.8
68.7
61.1
47.6
42.1
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2.2 Cálculos para el dimensionamiento y
orientación
2.2.1 Motocicletas eléctricas
La estación fue diseñada para motocicletas
eléctricas; con el propósito de facilitar el
desarrollo del proyecto, se tomó como referencia
el modelo de Motocicleta eléctrica “TC Max
Super Soco 2023”. Este vehículo forma parte de
los modelos de dos ruedas más comercializados
en México. En la Figura 5 se muestra el modelo
y sus respectivas medidas.
Figura 5. Motocicleta “TC Max Super Soco 2023” y sus dimensiones (SUPER SOCO, 2024).
2.2.2 Paneles Solares y sus características
Dado que los paneles solares son un componente
esencial en las estaciones de carga fotovoltaicas,
es fundamental realizar una selección basada en
criterios de eficiencia y confiabilidad. Por lo
cual, este proyecto se basa en el panel solar
monocristalino “Q.TRON×L-G2 SERIES” de la
marca QCells, catalogado como uno de los más
vendidos en los Estados Unidos. Este modelo
destaca por su alta eficiencia energética y
competitividad en costos. En la Figura 6 se
muestra este tipo de panel solar, además de sus
dimensiones.
Figura 6. Panel solar “Q.TRON×L-G2 SERIES” y sus dimensiones (QCELLS, 2024).
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2.3 Cálculo estructural
Para realizar el cálculo estructural, se definieron
los tipos de cargas que actúan sobre la estructura,
comenzando por las cargas aplicadas
directamente. Sobre las columnas se ejercieron 2
cargas aplicadas las cuales son el peso de los
paneles solares y carga del viento. En la Figura 3
se muestran las cargas aplicadas para
posteriormente realizar un análisis estructural.
Figura 7. Cargas involucradas en una estación de carga solar (Fuente propia).
2.3.1 Cargas aplicadas
Primeramente, se definió el peso total de los
paneles como: 212.4 kg o 2,083.644 N de los 6
paneles en total. Para proseguir con las
ecuaciones 1 y 2 que definen la fuerza y presión
ejercida por el viento, obteniendo los siguientes
resultados [23][24]:
(1)
es el coeficiente de arrastre,
es el área expuesta ante la fuerza del
viento,
es la velocidad del viento,
es la densidad del viento (comúnmente
1.225 ),
(2)
es la presión dinámica,
es la densidad del fluido,
es la velocidad del fluido.
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2.3.2 Cargas y reacciones
Para simplificar el cálculo de las reacciones se
utilizó el software ANSYS, en el cual la carga
distribuida fue transformada en dos cargas
puntuales mediante la multiplicación de la carga
por la distancia; para proceder a la resolución de
reacciones en las columnas. Por consecuencia se
obtuvieron las reacciones en los soportes, las
cuales cumplen con las Ecuaciones de equilibrio
descritas en las ecuaciones siguientes [25]:
2.3.3 Deflexión y Falla por Pandeo
Para el cálculo de deflexión máxima sobre una
viga se comenzó determinando el momento
flector máximo en una viga simplemente
apoyada en ambos extremos descrita en la
ecuación [26]:
Por consiguiente, se calculó el momento de
inercia de la sección transversal para la viga cuadrada seleccionada, la cual es resuelta
mediante la siguiente ecuación [27]:
Se calculó el valor de c mediante la ecuación 8, y
con los datos anteriormente obtenidos se utilizó la ecuación 9 y así se obtuvo el esfuerzo máximo
en una viga sometida a flexión [28][29].
(3)
es la sumatoria de fuerzas en el eje x,
es la sumatoria de fuerzas en el eje y,
es la sumatoria de momentos en un punto
especifico,
es la fuerza,
es la distancia perpendicular desde el punto
de aplicación de la fuerza hasta el eje de
rotación.
(4)
± (5)
(6)
es la longitud exterior,
es la longitud interior.
(7)
es la carga distribuida,
es la longitud de la viga.
(8)
es el grosor de la viga cuadrada.
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Para calcular la deflexión máxima en la viga, se empleó la ecuación 10 para una viga apoyada
simplemente en ambos extremos. En este análisis se compararon dos materiales distintos,
ajustando el módulo de elasticidad para así obtener la magnitud de deformación por la parte
central de la viga [30].
Para calcular carga crítica de pandeo para una
columna se calculó primeramente el momento de
Inercia de 2 propuestas de columnas empleando
la ecuación 1 para vigas circulares huecas.
Recordando que el Factor de Longitud efectiva
(K) varía dependiendo a los grados de libertad en
la columna, en este caso esta se encuentra
empotrada de un extremo y libre en el segundo
extremo, significando así, según la Figura 2.14
que se usara un valor de K=2. Con posterioridad
se utilizó la ecuación 12, la cual fue empleada
utilizando las propiedades de ambos materiales
seleccionados [31][32].
Con los cálculos previamente realizados se
seleccionó la columna más adecuada para la
estación de carga solar, sus secciones
transversales pueden ser observadas en las
Figuras 8 y 9.
(9)
es el momento máximo,
es el momento de inercia.
(10)
es la deflexión máxima,
es la carga distribuida,
es la longitud de la viga
es el módulo de Young del material
utilizado,
es el momento de inercia
(11)
(12)
es el momento de inercia,
es el diámetro exterior,
es el diámetro interior.
es la carga crítica de pandeo,
es el factor de longitud efectiva,
es la longitud de la viga
es el módulo de Young del material
utilizado,
es el momento de inercia
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Figura 8. Área transversal de la columna tubular propuesta
1 (Fuente propia).
Figura 9. Área transversal de la columna tubular propuesta
2 (Fuente propia).
2.4 Discretización y Simulación
Posteriormente el modelado tridimensional de las
estaciones de carga solar, se prosiguió con lo que
es la discretización del modelo y simulación
utilizando el Método del elemento finito. En el
software “Abaqus” donde se siguió el siguiente
procedimiento para los componentes por
separado [33][34]:
1. Importar las partes del modelo realizado
anteriormente mediante formato de archivo
IGES.
2. Capturar las propiedades de los materiales:
Aluminio AL6005-T5, Acero Inoxidable 304 y
Paneles solares según su ficha técnica y asignar
el material respectivamente.
3. Ensamblar las distintas partes en su respectivo
y ejecutar la operación “Tie” para crear las
conexiones entre componentes.
4. Establecer los grados de libertad y fuerzas
interactuando: 0 Grados de libertad en las bases
de las columnas y una presión de 1,070 Pa sobre
el área superior de los paneles solares.
5. Realizar un mallado hexaédrico con tamaño
del elemento variando de 0.08 m a 0.004 m.
6. Correr la simulación.
7. Capturar resultados y ubicar convergencia de
mallado.
Debido a que la simulación hecha por medio del
Software Abaqus no proporciona directamente el
valor del Factor de Seguridad (FS), este fue
calculado por medio de la ecuación 13 [35], para
así evaluar la seguridad de ambas propuestas.
Se muestra el mallado de componentes por
separado en la Figura 10 siendo más visible el
mallado de los paneles solares.
(13)
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.
Figura 10. (a) Columna (b) Armadura para la Estación Solar 1 (c) Armadura para la Estación Solar 1 (d) Viga (e) Paneles
solares. Componentes mallados con elementos de tamaño 0.004 m (Fuente propia).
3. Resultados y Discusiones
3.2 Dimensiones
Se procedió con el cálculo de paneles necesarios,
procedimiento descrito en la metodología, para el
dimensionamiento de la estación de carga sola.
Recabando datos importantes obteniendo los
siguientes datos:
Datos:
Batería de litio con capacidad=3240 Wh
Se toma la media de Power Class en
Condiciones normales de operación=470.55Wp
Se toma un promedio de diarias
incidentes de luz directa útil= 6 horas
Motocicletas= 4
Dimensiones de panel solar Q.TRON×L-
G2 SERIES= 2.463 m× 1.134 m = (2.79 m²).
Procedimiento:
Utilizando la Ecuación 14 se calculó la cantidad
de kWh necesarios para la carga de 4
motocicletas eléctricas del modelo “TC Max
Super Soco 2023” y con la Ecuación 15 se define
la energía diaria generada por un panel solar
“Q.TRON×L-G2 SERIES”
(15)
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Se utilizó la Ecuación 16 para determinar con el
cálculo el número de paneles necesarios para la generación de energía eléctrica suficiente para 4
motocicletas eléctricas.
Con la formula anterior se obtuvo un aproximado
de 5 paneles solares requeridos para abastecer 4
motocicletas eléctricas, para reducir el tiempo de
carga se agregó un panel solar más y para así
aplicar la Ecuación 17.
Conociendo la mejora de casi 1 hora de
diferencia agregando 1 panel adicional, se
consideran 6 paneles fotovoltaicos para el
dimensionado. Una vez conocido el número de
paneles requeridos se logró conocer el área total
se abarcó por los paneles solares multiplicando el
área de 1 panel.
Por lo tanto, se tomó en cuenta un área de terreno
de , es recomendable contar un área
excedente para el mantenimiento e instalación.
Por lo tanto, las dimensiones quedaron de la
siguiente manera:
(14)
(16)
(17)
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Finalmente, se toma una altura de estructura de 3
m de alto por la razón antes mencionada.
3.3 Cargas aplicadas
Desarrollando las ecuaciones 1 y 2 se obtuvo la
fuerza aplicada por la velocidad del viento
considerándola como una fuerza normal hacia los
paneles solares.
Tomando en cuenta de igual manera el peso de
los paneles como una carga aplicada obtenemos
una Fuerza total aplicada de 15,224.696 N sobre
la Estructura conformada por columnas, vigas y
armaduras.
3.4 Cargas y reacciones
Conociendo las cargas aplicadas, dichos
resultados fueron plasmados en la Figura 11
Figura 11. Diagrama de cuerpo libre bidimensional con carga distribuida aplicada sobre los paneles y reacciones en los soportes
con valores (Fuente propia).
3.5 Deflexión y Falla por Pandeo
Para una viga simplemente apoyada en los
extremos con una carga distribuida
uniformemente con las dimensiones de 51 mm x
51 mm y 3.4 mm de grosor se obtuvieron los
resultados presentados a continuación. En cuanto
al momento flector máximo se empleó la
Ecuación 6 y se obtuvo lo siguiente:
Por consiguiente, se utilizó la ecuación de
momento de inercia para calcular su oposición al
movimiento de rotación, aplicando la ecuación 7
para tubos cuadrados se obtuvo lo siguiente:
Es así como se obtuvieron los datos para aplicar
la ecuación 8 y 9 para calcular el esfuerzo
máximo en la viga sometida a flexión, donde se
obtuvo:
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Con los resultados previos se prosiguió a calcular
la deflexión máxima en el caso de utilizar Acero
Inoxidable 304 con la ecuación 10.
Se aplico de igual manera el módulo de
elasticidad del material Aleación de Aluminio
AL6005-T5 en la ecuación anterior para obtener:
Se continuó a calcular la falla por pandeo en las
2 columnas antes mostradas en las Figuras 3.12 y
3.13 para así utilizar sus dimensiones en la
ecuación 11 y calcular el momento de inercia.
Columna 1 con dimensiones: Diámetro
exterior= 0.25 m y Diámetro interior= 0.22 m.
Se prosiguió a calcular la Fuerza critica en el
material Acero Inoxidable 304 y Aluminio 6005-
T5 con la Ecuación 2.5.16 y K=2 mencionado en
la Metodología y se obtuvo lo siguiente
Columna 2 con dimensiones: Diámetro
exterior= 0.094 m y Diámetro interior= 0.090 m.
Se obtuvo una diferencia inmensa, significando
que la columna 2 se pandea con solo el 0.79% de
la fuerza crítica de la columna 1. Por esta razón
es que se seleccionó la columna 1 en el
modelado.
3.6 Estación fotovoltaica
La Estación Fotovoltaica 1 y el material Aleación
de Acero 304, se obtuvieron los resultados
presentados en la Figura 12. En el análisis de
esfuerzos, se observó que la escala de colores
representaba el esfuerzo de Von Mises, donde los
tonos rojos indicaban mayores esfuerzos y los
azules, esfuerzos menores. La superficie de los
paneles mostró tonos azulados y verdes, lo que
sugiere esfuerzos bajos a medios bajo la presión
del viento. La zona crítica se ubicó en la conexión
entre la columna central y las uniones de la
armadura, donde la carga se concentra. El
esfuerzo máximo obtenido fue de 2.130×10⁷ Pa,
por debajo del límite de fluencia del material
(215 MPa), lo que confirma que el diseño es
seguro. En el análisis de deformación, la escala
de colores mostró que la mayor deformación
(2.700×10⁻³ m) ocurrió en los bordes y el centro
de los paneles solares, mientras que las columnas
y el marco de soporte presentaron poca o ninguna
deformación, indicando que la estructura es
rígida y adecuada para resistir las cargas.
Con el material AL6005-T5, los resultados
mostraron un comportamiento similar en cuanto
a la distribución de esfuerzos y deformaciones,
pero con variaciones en las magnitudes. El
esfuerzo máximo fue de 2.037×10⁷ Pa, un 4.36%
menor que con el Acero 304, debido a las
propiedades del material. El límite de fluencia
para este material es de 240 MPa, lo que también
hace que el diseño sea permisible. En cuanto a la
deformación, la máxima fue de 5.349×10⁻³ m, un
98% mayor que con el Acero 304, lo que era
esperado debido a la menor rigidez del aluminio
en comparación con el acero. Esto confirma que
el acero es más resistente y mantiene mejor su
forma bajo carga, mientras que el aluminio es
más flexible y se deforma más fácilmente.
14 ISSN: 2594-1925
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Figura 12. Resultados Stress Von Mises de la Estación fotovoltaica 1 con Tamaños de elemento 0.08 m (a) Vista isométrica
(b) Vista isométrica trasera (Fuente propia).
Figura 13. Resultados de Desplazamiento espacial de nodos de la Estación fotovoltaica 2 con Tamaños de elemento 0.08 m
(a) Vista Isométrica (b) Vista Isométrica trasera (Fuente propia).
15 ISSN: 2594-1925
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Figura 14. Ilustración de los planos con dimensiones representadas en mm.
Figura 15. Ilustración de los planos con dimensiones representadas en mm de la estación 2.
3.6.1 Propósito del diseño de la Estación
fotovoltaica
El objetivo principal del diseño es desarrollar una
estación de carga solar fotovoltaica para
motocicletas eléctricas en Ciudad Juárez, que
logre soportar las condiciones climáticas
extremas de la región, especialmente el viento,
optimice la captación de energía solar mediante
la correcta inclinación de los paneles, promueva
el uso de energías renovables, reduciendo así el
impacto ambiental en comparación con
estaciones de carga eléctricas convencionales,
mejore la autosuficiencia energética, reduciendo
los costos de recarga eléctrica residencial y
contribuyendo a la lucha contra el calentamiento
global.
3.6.2 Propósito del espacio debajo de la
Estación fotovoltaica
Tiene el propósito de proporcionar
estacionamiento para los vehículos eléctricos (en
este caso, motocicletas), proporcionar sombra y
protección contra condiciones climáticas como
lluvia o nieve, gracias al diseño inclinado del
techo, aprovechar eficientemente áreas ya
existentes, convirtiéndolas en zonas útiles tanto
para carga como para protección del vehículo.
16 ISSN: 2594-1925
Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 8 (3): e402.
Figura 16. Ilustración del render más detallado de la estación de carga solar (Fuente propia).
4. Conclusiones
El análisis de resultados del diseño de una
estación de carga fotovoltaica para motocicletas
eléctricas en Ciudad Juárez, Chihuahua,
demostró la viabilidad y los beneficios de
implementar energías renovables en una región
con alto potencial solar. Los resultados validaron
la hipótesis inicial, confirmando que el primer
diseño es capaz de soportar las cargas de viento
en los paneles solares utilizando los materiales
AL6005-T5 y Aleación de Acero 304. Esto no
solo asegura la estabilidad estructural, sino que
también optimiza el aprovechamiento energético.
La metodología empleada permitió evaluar los
efectos del viento, identificar puntos críticos y
áreas de mejora mediante simulaciones,
destacando la importancia de la orientación e
inclinación de los paneles para maximizar la
captación de energía. Estas decisiones de diseño
contribuyen a reducir costos energéticos y
promover un modelo de transporte más
sostenible. Se recomienda la construcción de un
prototipo funcional para validar el rendimiento
estructural y energético en condiciones reales.
Además, se identificaron áreas de mejora, como
la integración de tecnologías de almacenamiento
energético, el refuerzo de la Estación
Fotovoltaica 2 para una comparación más justa
entre diseños, y la búsqueda de un tercer material
resistente y económico que supere las ventajas
del Aluminio 6005-T5. Este último, aunque
menos rígido que el Acero 304, representa una
ventaja significativa en costos, siendo un 13.5%
más económico. También se sugiere reforzar la
columna y armadura central, que recibe el doble
de fuerza comparado con las columnas laterales.
Finalmente, este estudio sienta las bases para
futuras investigaciones, como el uso de software
avanzado para simulaciones más precisas o la
implementación de sistemas de seguimiento solar
para aumentar la eficiencia energética. Estos
avances no solo refuerzan la relevancia del
diseño propuesto, sino que también abren nuevas
oportunidades para el desarrollo de
infraestructuras de energías renovables aplicadas
al transporte sostenible.
5. Reconocimiento de autoría
Diego Moisés Almazo Pérez: Conceptualización;
Recursos; Ideas; Metodología; Análisis formal;
Investigación; Recursos; Análisis de datos;
Borrador original. Ingrid Carolina Romero
Vázquez: Conceptualización; Ideas;
Investigación; Análisis de datos;
17 ISSN: 2594-1925
Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 8 (3): e402.
Escritura. Cornejo Monroy
Delfino: Conceptualización; Ideas; Metodología;
Análisis formal; Investigación; Análisis de datos;
Escritura; Borrador original; Revisión y edición;
Administración de proyecto. Carlos Alberto
Ochoa Ortiz: Conceptualización; Ideas.
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Carlos Alberto Ochoa Ortiz
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