Introducción

La baja oferta y la limitada cobertura del transporte público en países en desarrollo han provocado que en diversas ciudades del mundo se presente el fenómeno denominado mototaxismo, el uso de la motocicleta como transporte público.

Un mototaxi es un medio de transporte de tres ruedas y techo que permite a las personas satisfacer sus necesidades de movilidad a un costo reducido, de la misma manera que un taxi. Este presta servicios no suministrados por los otros medios de transporte. Se trata de viajes completos y de trayectos iniciales y terminales que se efectúan en zonas densas congestionadas o inaccesibles a otros vehículos motorizados por falta de vías. Estos viajes son simultáneamente largos y arduos para realizarlos a pie y demasiado cortos para constituir un mercado comercialmente atractivo para los otros tipos de transporte público.

El mototaxi nace en París en 1999, como un medio de traslado novedoso y efectivo para cubrir las necesidades de los pasajeros que se desplazaban entre los dos aeropuertos de la ciudad [1].

Desde hace unos veinte años en Ciudad de México y en otros estados de la República existe este tipo de transporte, siendo las más comunes: las motos con calandria y los motocarros de cabina incorporada [2].

El mototaxi responde a necesidades de transporte específicas, pero no satisfechas y representa más un complemento que un competidor de las otras formas de transporte público. Su mayor ventaja consiste en ser ligeros, rápidos y fáciles de estacionar favoreciendo al usuario a recorrer trayectos cortos en menor tiempo. El Instituto Nacional de Estadística y Geografía estima que en la Ciudad de México y su área metropolitana se toman más de 273 000 viajes en mototaxi cada día, lo que representa el 3,7 % de todos los viajes en transporte público [3].

En Juchitán de Zaragoza, Oaxaca, México se emplea regularmente como mototaxi el modelo King por su versatilidad en el chasis, instrumentación, motor, potencia y torque. Este modelo alcanza una velocidad máxima de 56 kilómetros con un peso en orden de marcha de 300 kilogramos [4].

Los mototaxis se encuentran en la categoría de vehículos menores automotores junto con bicimotos, motonetas, motocicletas, triciclos motorizados, cuatrimotos y similares [5].

En el sector del mototaxi se tienen diversos problemas como la congestión, infraestructura vial, normas reguladoras y de seguridad [6].

Alrededor del mundo, el uso del mototaxi ha mostrado impactos negativos sobre el medioambiente, la estructura social y la seguridad vial.

Las externalidades negativas sobre el medioambiente se refieren principalmente a la producción de contaminantes, debido a la falta de mantenimiento de los vehículos y a la mala calidad del combustible [7].

En el aspecto social, el mototaxi en el estado de México ofrece empleo informal como conductor de mototaxis tanto para hombres como para mujeres con un ingreso promedio de $1236,00 semanales. Los conductores tienen una escolaridad de secundaria y bachillerato, siendo la unión libre el estado civil más frecuente [8]. Por su parte, en el estado de Puebla existe un aproximado de más de diez mil mototaxistas en más de sesenta municipios [9].

Respecto a los problemas de seguridad vial, los mototaxis son responsables de un sinnúmero de graves accidentes de tránsito.

A continuación, se muestran en la Tabla 1, algunas características de este tipo de vehículos, que hacen referencia al problema que existe sobre la seguridad de estos.

Además, el chasis generalmente se caracteriza por ser el esqueleto del vehículo, principalmente porque en él se ensamblan los demás componentes que hacen posible su correcto funcionamiento. Es de suma importancia que este debe ser lo suficientemente fuerte para soportar golpes, torceduras, vibraciones y otras tensiones, presentes en la actividad operativa.

Otra parte fundamental es la legislación, debido a que todo vehículo que circule por las calles, debe estar regulado por ciertas instituciones y leyes. En muchas entidades federativas de México, el mototaxi no está regulado. En el estado de Puebla, los lineamientos para los mototaxis están reflejados en la ley del transporte del estado de Puebla en los artículos 12 y 37 [10].

Por ende, la presente investigación busca evaluar la estructura de este medio de transporte y de esa manera determinar la seguridad ofrecida por los prestadores de servicio a sus usuarios.

Materiales y métodos

Para la evaluación del desempeño y seguridad del vehículo tipo mototaxi se utilizó una metodología de diseño y desarrollo de producto, empleando un modelo digital de la estructura de un vehículo de tres ruedas. Para ello se siguieron las siguientes fases: benchmarking, caracterización técnica, desarrollo de modelo de análisis y evaluación estructural.

En la etapa de benchmarking se consideraron cuatro marcas líderes en México: TSV, ATUL, KingWay y Bajaj y sus principales modelos. Se analizaron ocho características de interés: la potencia máxima, el torque máximo, consumo, capacidad de carga, frenos, chasis y barra estabilizadora presentadas en la Tabla 2.

Con los datos obtenidos, se calificó cada vehículo con la finalidad de obtener el que mostrará las mejores cualidades. Para esta nueva etapa se consideraron nueve características definidas por los autores, las calificaciones consistieron en una escala de 5 puntos donde 1 es deficiente y 5 es óptimo respectivamente, estas se presentan en la tabla 2. El mayor puntaje lo obtuvo la marca TSV, con el modelo King Duramax.

Las calificaciones fueron asignadas por consenso de los autores, de acuerdo con los promedios obtenidos se eligió el King Duramax con un resultado de 3,71. Es importante mencionar que se obtuvieron resultados muy cercanos debido a que los cuatro modelos analizados se encuentran en una gama de características y prestaciones muy parecida, por lo tanto, tienen elementos similares.

En la caracterización técnica, el TVS Group, empresa hindú que ocupa el tercer lugar, es el mayor fabricante de vehículos de dos ruedas en la India, exporta en la actualidad a más de sesenta países. Es una empresa que se caracteriza por ofrecer vehículos de calidad que se anticipen a las necesidades del cliente. En México Motocarros TVS, la rama dedicada a la comercialización de vehículos de tres ruedas, es parte de Kawasaki con el respaldo de Grupo Motomex.

La unidad seleccionada fue la King Duramax 2020 mostrada en la Figura 1.

De la cual se muestran algunas características técnicas en la Tabla 3.

En la etapa de desarrollo del modelo CAD de análisis se contó con software de CAD y CAE como CATIA V5 2020 y Ansys 2020.

A partir de los datos recopilados del vehículo tipo mototaxi del benchmarking, se propuso el modelado de una configuración similar conformado por una estructura de semimonocasco formado por elementos prensados longitudinales y transversales, también conocida como estructura tipo escalera o tipo chasis tal y como se muestra en la Figura 2.

Tomando en consideración la información obtenida del fabricante TVS, se desarrolló un modelo que contiene 30 componentes, siendo principalmente modeladas aquellas que tienen relevancia y necesidad para el análisis de la estructura del vehículo, entre las cuales se tienen los elementos del chasis y paneles inferiores, así como algunos paneles exteriores, como se muestra en la Figura 3.

En la Figura 4 se muestran los componentes frontales de la estructura, removiendo el panel frontal, los cuales muestran componentes de chasis y paneles.

En la Figura 5 se describen los elementos intermedios en el vehículo, donde se destacan los “postes” y los componentes que soportan a los pasajeros.

En la Figura 6, sección trasera de la estructura, se muestran los componentes que soportan elementos mecánicos como sistema motor y suspensión trasera, así como los paneles en la parte posterior y la barra de impacto trasera.

Además, se añadieron elementos adicionales con relevancia menor en la evaluación del vehículo, representados por una estructura del techo con las siguientes propiedades, como se muestra en la Figura 7.

Finalmente, en la Figura 8 se muestra el modelo final destinado al análisis estructural. Este modelo contiene únicamente los elementos empleados en la evaluación CAE del vehículo.

En la Tabla 4 se anotan los diferentes componentes empleados y su descripción respecto del tipo de perfil empleado para la evaluación estructural.

Para la evaluación del vehículo, se consideraron inicialmente diversos materiales en los elementos modelados para conseguir resultados adecuados, siendo los materiales el acero ASTM A36 y la aleación de aluminio 6063-T83, seleccionados debido a sus aplicaciones en estructura y paneles automotrices [12].

Una vez considerado esto, se propuso realizar tres estudios en el software ANSYS, con la finalidad de evaluar: rigidez torsional, rigidez por flexión y modos naturales de vibración.

En la Tabla 5 se muestran las variables globales consideradas.

En la Figura 9 se muestran las restricciones aplicadas (representados por estrellas identificadas con letra F), así como las cargas empleadas (vectores identificados con anotación B y C de dirección encerrados con círculos) para el análisis de la torsión en la estructura, donde se obtienen valores de deformación.

Los valores de carga fueron obtenidos, priorizando las cargas con mayor acercamiento a la realidad. Estos se detallan en la Tabla 6.

Teniendo en cuenta que en ocasiones los operarios de los mototaxis sobrecargan la estructura, es fundamental garantizar que esta no genere fallas por momentos torsionales; por lo que se realizaron estudios con capacidades de carga máxima de seis personas teniendo una media de ochenta kilogramos cada una respectivamente, por lo que genera un total de 4708 N, divididas en dos. Se aplicaron estos nuevos valores obtenidos en las ubicaciones laterales de la estructura del mototaxi y en sentido opuesto para poder verificar y validar los nuevos resultados obtenidos.

En la Figura 10 se observan las restricciones aplicadas (representados por estrellas identificadas con letra F), así como las cargas empleadas (vectores de dirección con anotación B, C y D encerrados con círculos) para el análisis de la flexión en la estructura, donde se obtienen valores de deformación.

Para el análisis por flexión se tomaron en cuenta la capacidad máxima de carga que soporta la estructura primaria, siendo estas siete personas; teniendo una media de ochenta kilogramos para cada una respectivamente, por lo que, al ser un total de 560 kilogramos, se divide este último valor entre tres vigas que son las mostradas en la figura, realizando una distribución de 5494 N entre las tres vigas representadas.

Para el estudio modal, se propuso analizar los seis modos naturales de vibración del modelo, y en la Figura 11 se ilustran las restricciones de posición empleadas en la estructura del vehículo, para efectuar dicho análisis. Por su parte, la Tabla 7 indica el tipo de sujeción empleado en el estudio.

Resultados y discusión

La deformación torsional presentada por las cargas descritas anteriormente se muestra en la Figura 12.

Como se observa en la Tabla 8 se obtuvo un valor de 27,35 KNm/º, esto basado en la carga torsional aplicada y un ángulo obtenido de torsión de la estructura de 0,27251°. Adicionalmente, la deformación máxima presentada es de 14,157 mm.

En el caso de la rigidez por flexión, la Figura 13, presenta la deformación observada en la estructura del mototaxi.

Siendo la deformación máxima presentada de 0,84424 mm, con esto se obtuvo un valor de rigidez por flexión de 6508,15 N/mm.

Para el análisis modal de la estructura del mototaxi, la Figura 14 presenta los diferentes modos de vibración de la estructura analizada. Como parte de dicha evaluación, se identificaron las revoluciones de operación típicas del motor del vehículo, para lo cual se encontró en 88 Hz la frecuencia de operación del mismo.

En la Tabla 9 se describen los valores numéricos encontrados en los modos de vibración de la estructura.

Con el objetivo de identificar si los valores obtenidos de torsión y flexión son adecuados para la estructura analizada, se tomó como referencia la comparación realizada por Hirz. Esta considera nueve categorías diferentes, en las que se reportan ciertos rangos de esfuerzos torsionales para cada categoría [13].

En el estudio del análisis del mototaxi que se llevó a cabo, se tomaron en cuenta principalmente las categorías denominadas como “auto mini”, “auto compacto” y “convertible”, para hacer una comparación similar, haciendo énfasis en este último por la configuración que presenta el mototaxi al ser un vehículo con un diseño estructural mayoritario en la parte inferior, asemejándose más a la categoría de “convertible”.

Derivado del análisis en la Figura 15, se observa que la estructura presenta una mayor rigidez de torsión, en comparación con la categoría de “convertible”, la cual presenta valores en un rango de 10 a 17 KNm/º, mientras que el mototaxi presenta un valor de 27,35 KNm/º.

Respecto de la rigidez por flexión, de la misma forma se realiza una comparación con otro tipo de estructuras similares en diversos estudios, y se muestran seis estudios [14-19] diferentes con sus valores respectivos en la Figura 16.

Al comparar los esfuerzos por flexión se puede apreciar que la estructura del mototaxi se encuentra en un valor de 6508,15 N/mm. Mientras que en los estudios revisados se muestran valores similares, lo cual muestra comportamiento de la estructura semejante (valores de 5 a 13 KN/mm) a otros estudios en la evaluación de rigidez por flexión.

Conclusiones

En los estudios presentados se analizó el desempeño de la estructura del vehículo bajo tres estudios principales: rigidez por flexión, rigidez torsional y evaluación modal. De estos tres criterios, en los valores calculados, se encontró al compararlos que la estructura tipo mototaxi presenta algunos problemas de integridad estructural, pues se obtuvieron valores con diferencia visible en comparación a estructuras similares en los estudios torsionales del vehículo; esto se puede interpretar en la presencia de algunos problemas de comportamiento estructural durante su operación (relacionado con la carencia de una estructura integral incluyendo el techo) lo cual reduce la eficacia sobre el desempeño que podría aportar la estructura, obteniendo una menor capacidad para absorción y disipación de energía. Los estudios de flexión de la estructura mostraron valores cercanos a los analizados en otras estructuras. Mientras que, en la evaluación modal, las frecuencias naturales no igualaron la frecuencia de operación de los componentes operativos del vehículo, lo cual en ambos casos asegura un funcionamiento adecuado bajo dichos criterios.

De la misma forma, A. Rodríguez [20] analizó una estructura de un triciclo bajo ciertos parámetros y casos de carga especificados. A diferencia de estos estudios, los cuales se centraron en la evaluación de los criterios de falla y fatiga en la estructura, este estudio se centró en los criterios de evaluación de comportamiento del vehículo bajo condiciones de trabajo estático. Un trabajo en el futuro sería la evaluación mediante los criterios de falla respectivos, así como la evaluación del comportamiento dinámico, considerando riesgos potenciales en caso de colisiones frontales, laterales o vuelcos en la misma.

Si bien un vehículo de esta clase fue principalmente desarrollado como medio de transporte para personas que buscan una opción de movilidad económica tanto para usuarios como para operadores, la estructura del mismo mantiene un riesgo para la integridad de las personas que estén a bordo de un mototaxi. Es deber de las legislaciones locales, nacionales y de los desarrolladores de tecnología de estos vehículos, mejorar las condiciones estructurales y dinámicas del mismo.