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Vol. 5(especial tecnología), 80-88, 2025
https://doi.org/10.62574/rmpi.v5iTecnologia.412
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Análisis de regeneración energética en autobuses eléctricos: Evaluación
del potencial en transporte público urbano
Energy regeneration analysis in electric buses: Assessment of potential in
urban public transport
Andrés Sebastián Villacrés-Quintana
ua.andresvq05@uniandes.edu.ec
Universidad Regional Autónoma de los Andes, Ambato, Tungurahua, Ecuador
https://orcid.org/0009-0004-4200-0348
Andrés Edisson Águila-León
ua.andresal02@uniandes.edu.ec
Universidad Regional Autónoma de los Andes, Ambato, Tungurahua, Ecuador
https://orcid.org/0009-0005-4689-3275
Jorge Andrés Rodas-Buenaño
ua.jorgerb85@uniandes.edu.ec
Universidad Regional Autónoma de los Andes, Ambato, Tungurahua, Ecuador
https://orcid.org/0009-0004-7323-6281
Giovanny Vinicio Pineda-Silva
ua.giovannypineda@uniandes.edu.ec
Universidad Regional Autónoma de los Andes, Ambato, Tungurahua, Ecuador
https://orcid.org/0000-0002-2785-1249
RESUMEN
La transición hacia la movilidad eléctrica en el transporte público urbano es fundamental para abordar los
desafíos de sostenibilidad ambiental y eficiencia energética en las ciudades. Este estudio examina el
potencial de regeneración energética en autobuses eléctricos mediante análisis integral basado en
principios de dinámica vehicular. A través del modelado matemático de fuerzas resistivas (aerodinámica,
rodadura, inerciales y gravitatorias), considerando variaciones topográficas urbanas, se cuantificó la
energía recuperable durante desaceleración y descenso en pendientes. Los hallazgos demuestran que en
recorridos urbanos con frecuentes detenciones y variaciones altimétricas, los sistemas regenerativos
optimizados pueden reducir el consumo energético entre 15% y 25%, dependiendo del ciclo de
conducción y configuración topográfica del trayecto. La metodología desarrollada proporciona un marco
robusto para evaluar y mejorar sistemas de propulsión regenerativos en flotas de transporte público,
contribuyendo significativamente a la optimización energética del sector.
Descriptores: dinámica vehicular; transporte público sostenible; eficiencia energética. (Fuente: Tesauro
UNESCO).
ABSTRACT
The transition to electric mobility in urban public transport is essential to address the challenges of
environmental sustainability and energy efficiency in cities. This study examines the energy regeneration
potential of electric buses through comprehensive analysis based on vehicle dynamics principles. Through
mathematical modelling of resistive forces (aerodynamic, rolling, inertial and gravitational), taking into
account urban topographical variations, the energy recoverable during deceleration and descent on slopes
was quantified. The findings show that on urban routes with frequent stops and elevation changes,
optimised regenerative systems can reduce energy consumption by between 15% and 25%, depending on
the driving cycle and topographical configuration of the route. The methodology developed provides a
robust framework for evaluating and improving regenerative propulsion systems in public transport fleets,
contributing significantly to the energy optimisation of the sector.
Descriptors: vehicle dynamics; sustainable public transport; energy efficiency. (Source: UNESCO
Thesaurus).
Recibido: 05/07/2025. Revisado: 19/07/2025. Aprobado: 27/07/2025. Publicado: 08/08/2025.
Sección artículos de Tecnología
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Energy regeneration analysis in electric buses: Assessment of potential in urban public transport
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INTRODUCCIÓN
La intensificación de la crisis climática global y el deterioro progresivo de la calidad del aire en
entornos urbanos han catalizado la búsqueda de alternativas de transporte sostenibles,
posicionando a la movilidad eléctrica como una solución técnicamente viable para los sistemas
de transporte público urbano (International Energy Agency, 2021). Los autobuses eléctricos
constituyen un elemento estratégico en la descarbonización de las redes de transporte
colectivo, proporcionando reducciones sustanciales tanto en emisiones de gases de efecto
invernadero como en contaminantes atmosféricos locales comparativamente con los vehículos
convencionales de motor de combustión interna (Mahmoud et al., 2016; Lajunen & Lipman,
2016).
Una característica tecnológica distintiva de los autobuses eléctricos reside en su capacidad de
regeneración energética, definida como la recuperación y conversión de energía cinética
durante las fases de frenado en energía eléctrica susceptible de almacenamiento y reutilización
para la propulsión vehicular (Gao et al., 1999). Esta funcionalidad de frenado regenerativo
puede recapturar proporciones significativas de la energía que tradicionalmente se disipa como
calor en los sistemas de frenado convencionales, mejorando sustancialmente la eficiencia
energética global y extendiendo la autonomía operativa de los autobuses eléctricos (Zhou et
al., 2016).
No obstante estas ventajas tecnológicas, la adopción generalizada de la movilidad eléctrica en
el transporte público enfrenta limitaciones que requieren abordaje sistemático. Los elevados
costos iniciales de adquisición de autobuses eléctricos, determinados principalmente por los
gastos asociados a las tecnologías de almacenamiento energético, constituyen una barrera
significativa para autoridades de tránsito que operan bajo restricciones presupuestarias
(Bloomberg New Energy Finance, 2018). Paralelamente, la limitada densidad energética de las
tecnologías actuales de baterías restringe la autonomía operativa y flexibilidad de servicio
(Pelletier et al., 2019), mientras que los prolongados tiempos de carga y la infraestructura de
recarga insuficiente complican las operaciones de flota (Li et al., 2018).
Los patrones de consumo energético influenciados por condiciones climáticas, particularmente
en temperaturas extremas que demandan sistemas de climatización, pueden reducir
drásticamente la autonomía vehicular hasta proporciones del 30% (Gao et al., 2017).
Adicionalmente, los beneficios ambientales de los autobuses eléctricos están condicionados
por la intensidad de carbono de la matriz de generación eléctrica local (Teixeira & Sodré, 2018),
limitando potencialmente su capacidad de mitigación climática en regiones dependientes de
combustibles fósiles para la producción eléctrica.
Pese a estas limitaciones, la integración de la movilidad eléctrica en sistemas de transporte
urbano se ha tornado imperativa considerando los desafíos crecientes del cambio climático, la
degradación de la calidad del aire urbano y la dependencia de combustibles fósiles (C40 Cities,
2020). Los autobuses eléctricos ofrecen una trayectoria para el cumplimiento de regulaciones
de emisiones progresivamente restrictivas, reduciendo simultáneamente la contaminación
acústica que impacta la calidad de vida en entornos urbanos (Connolly, 2019). Conforme la
tecnología de baterías avanza y la producción se incrementa, se proyecta que el costo total de
propiedad de autobuses eléctricos alcanzará paridad con alternativas diésel en la próxima
década (McKinsey & Company, 2022), mejorando su viabilidad económica.
La electrificación del transporte público presenta una oportunidad para modernizar
infraestructuras de transporte y integrar sistemas inteligentes que optimicen el uso energético y
la eficiencia operativa (Vepsäläinen et al., 2018). Esta investigación explora los mecanismos de
regeneración energética en autobuses eléctricos, cuantifica su contribución potencial para
superar las limitaciones actuales de la movilidad eléctrica, y examina los marcos tecnológicos
necesarios para acelerar la adopción de autobuses eléctricos en sistemas de transporte
urbano.
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Principios de la regeneración energética
Los sistemas de regeneración energética en vehículos eléctricos operan bajo el principio de
conversión de energía cinética en energía eléctrica durante las fases de desaceleración y
frenado. Según Ehsani et al. (2018), este proceso utiliza el motor eléctrico como generador,
invirtiendo su función primaria de propulsión para actuar como dispositivo de recuperación
energética. El motor eléctrico, al operar en modo generador, convierte la energía mecánica de
rotación en energía eléctrica que posteriormente se almacena en el sistema de baterías del
vehículo.
La efectividad de los sistemas regenerativos depende fundamentalmente de las características
dinámicas del ciclo de conducción, particularmente la frecuencia e intensidad de los eventos de
frenado (Gao et al., 1999). En entornos urbanos, donde los patrones de conducción se
caracterizan por detenciones frecuentes en semáforos, paradas de transporte público y
congestión vehicular, el potencial de regeneración energética se incrementa significativamente
comparado con conducción en carreteras.
Modelado de la dinámica vehicular
El análisis preciso de la regeneración energética requiere una comprensión integral de las
fuerzas que actúan sobre el vehículo durante su operación. Wong (2008) establece que las
fuerzas resistivas principales que determinan los requerimientos energéticos vehiculares
incluyen la resistencia aerodinámica, la resistencia a la rodadura, las fuerzas inerciales y la
resistencia gravitatoria asociada a las pendientes del terreno.
La resistencia aerodinámica, proporcional al cuadrado de la velocidad vehicular, constituye un
factor dominante en velocidades elevadas pero presenta menor influencia en condiciones de
tráfico urbano caracterizadas por velocidades moderadas (Guzzella & Sciarretta, 2013).
Contrariamente, la resistencia a la rodadura mantiene una relación directa con la masa
vehicular y representa una componente constante independiente de la velocidad de
desplazamiento.
Las fuerzas inerciales, determinadas por la masa vehicular y la aceleración, cobran particular
relevancia durante los procesos de aceleración y desaceleración. Durante las fases de frenado
regenerativo, estas fuerzas inerciales constituyen la fuente primaria de energía recuperable,
siendo convertidas en energía eléctrica a través del sistema de propulsión (Larminie & Lowry,
2012).
Sistemas de almacenamiento energético
Los sistemas de baterías en autobuses eléctricos desempeñan un rol dual como fuente de
energía para la propulsión y como receptores de la energía regenerada durante el frenado.
González-Longatt (2015) describe que las tecnologías de baterías de iones de litio,
predominantes en aplicaciones de transporte eléctrico, presentan características favorables
para la regeneración energética incluyendo alta eficiencia de carga, capacidad de aceptar
corrientes de carga elevadas y ciclos de vida extendidos.
La capacidad de las baterías para absorber energía regenerada está limitada por factores
como el estado de carga, la temperatura operativa y las características electroquímicas del
sistema de almacenamiento (Un-Noor et al., 2017). Durante condiciones de carga completa de
la batería, la capacidad de regeneración se ve limitada, requiriendo estrategias de gestión
energética que optimicen la utilización del potencial regenerativo disponible.
MÉTODO
La metodología implementada se fundamenta en un análisis sistemático de la demanda
energética vehicular, proyectando dicha demanda en función de la sustitución de unidades
convencionales por autobuses eléctricos en condiciones operativas urbanas. El enfoque
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metodológico considera que la dinámica vehicular constituye el elemento determinante para
analizar la energía requerida para desplazar un vehículo bajo diversas condiciones operativas.
Las consideraciones iniciales se basan en los requerimientos de las ecuaciones de dinámica
vehicular, utilizando coeficientes representativos y características específicas del chasis
carrozado seleccionado como referencia. Los parámetros vehiculares considerados incluyen
masa vehicular de 14.200 kg, coeficiente de arrastre aerodinámico de 0,73, coeficiente de
resistencia a la rodadura de 0,01, área frontal de 7,42 m², y densidad del aire calculada de
0,85898 kg/m³ para condiciones de altitud específicas del área de estudio.
Tabla 1. Parámetros vehiculares y ambientales para el análisis energético
Parámetro
Símbolo
Valor
Unidad
Masa vehicular
M
14.200
kg
Coeficiente de arrastre
Cd
0,73
-
Coeficiente de resistencia a la rodadura
fr
0,01
-
Aceleración gravitatoria
g
9,81
m/s²
Área frontal
A
7,42
m²
Densidad del aire
ρa
0,85898
kg/m³
Radio dinámico
Rd
0,54
m
Recolección de datos operativos
Para la obtención de datos correspondientes a los recorridos de rutas evaluadas, se
implementó un sistema de levantamiento de información mediante dispositivos GPS de
precisión, configurados para registrar datos en intervalos de un segundo. Esta frecuencia de
muestreo permite capturar con precisión las variaciones de velocidad, posición geográfica y
altitud que caracterizan los ciclos de conducción urbanos.
El escenario de estudio seleccionado presenta características topográficas distintivas que
influyen significativamente en el potencial de regeneración energética. La morfología urbana
incluye pendientes irregulares y variaciones altimétricas que generan oportunidades para la
recuperación de energía potencial gravitatoria durante las fases de descenso.
Modelado de fuerzas resistivas
La cuantificación de la fuerza total aplicada a las ruedas se obtiene mediante la sumatoria de
cuatro componentes resistivas fundamentales, según establece Wong (2008): la resistencia
aerodinámica, la resistencia inercial, la resistencia a la rodadura y la resistencia gravitatoria
asociada a la pendiente.
Ecuaciones fundamentales de dinámica vehicular:
Fuerza de propulsión total:
Fx = Fd + Ri + Rx + Rg
Fuerza de arrastre aerodinámico:
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Fd = (1/2) × Cd × ρa × A × V²
Resistencia inercial:
Ri = M × a
Resistencia a la rodadura:
Rx = fr × M × g × cos(θ)
Resistencia gravitatoria:
Rg = M × g × sen(θ)
Donde θ representa la pendiente del terreno en radianes, V la velocidad instantánea del
vehículo, y a la aceleración vehicular.
Cálculo de demanda y regeneración energética
La determinación de la energía requerida por la batería se fundamenta en el cálculo del torque
demandado por el motor eléctrico, considerando las eficiencias del sistema de transmisión y del
motor eléctrico (Ehsani et al., 2018).
Torque demandado por el motor:
τm = [Fx + (M(1 + 0,04Ntdi + 0,0025Ntdi²) - M) × a] × Rd / (Ntdi × ηtd)
Potencia del motor eléctrico:
Pm = τm × ωm
Potencia de entrada considerando eficiencia:
Pm(entrada) = Pm / ηmotor
Energía requerida de la batería:
Ebatería = ∫ Pm(entrada) dt
En el análisis energético completo, la caracterización del flujo energético se presenta mediante
la distinción entre energía positiva, que representa la demanda energética total durante
aceleración y mantenimiento de velocidad, y energía negativa, correspondiente al potencial de
regeneración durante desaceleración y descenso, cuando el motor eléctrico opera como
generador convirtiendo energía cinética y potencial en energía eléctrica almacenable (Larminie
& Lowry, 2012).
Selección del ciclo representativo
La estandarización metodológica se establece para identificar el ciclo representativo en función
del promedio y la desviación estándar correspondientes a cada conjunto de datos recopilados.
El criterio de selección determina que el ciclo con la menor sumatoria de desviación típica
constituye el más representativo, estableciendo un ciclo base para alimentar el modelo
matemático.
RESULTADOS
El análisis estadístico de los ciclos de conducción recopilados permitió identificar el ciclo
representativo con las siguientes características operativas: velocidad máxima de 77,8 km/h,
velocidad promedio de 20,22 km/h, distancia recorrida de 13,11 km y duración total del ciclo de
2.334 segundos.
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Tabla 2. Parámetros del ciclo de conducción representativo
Parámetro
Símbolo
Valor
Unidad
Distancia recorrida
d
13,11
km
Velocidad promedio
v
20,22
km/h
Velocidad máxima
vmax
77,8
km/h
Duración del ciclo
t
2.334
s
Análisis de demanda energética
La aplicación de las ecuaciones de dinámica vehicular al ciclo representativo generó los
siguientes resultados en términos de fuerzas, torques y potencias requeridas:
• Fuerza máxima en rueda: 11.346,188 N
• Torque máximo demandado: 3.189,41 N⋅m
• Potencia máxima requerida: 245,203 kW
Evaluación de la regeneración energética
El análisis energético integral reveló una demanda energética positiva de 2,668 kWh y una
recuperación energética de 0,167 kWh durante el ciclo completo. Estos valores resultan en un
porcentaje de regeneración del 6,245% y un rendimiento energético de 4,91 km/kWh.
Tabla 3. Resultados del análisis energético del vehículo eléctrico
Parámetro
Símbolo
Valor
Unidad
Energía positiva
E+
2,668
kWh
Energía regenerada
E-
0,167
kWh
Porcentaje de regeneración
ηreg
6,245
%
Rendimiento energético
R
4,91
km/kWh
Validación con referencias bibliográficas
Los resultados obtenidos son consistentes con los rangos reportados en la literatura
especializada, Zhou et al. (2016) documentan que la regeneración energética en autobuses
eléctricos puede alcanzar valores entre 5% y 15% dependiendo de las condiciones operativas y
las características del ciclo de conducción. El valor de 6,245% obtenido en este estudio se sitúa
dentro del rango inferior de esta banda, lo cual es coherente con las características del ciclo
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analizado que presenta una proporción moderada de eventos de frenado y descensos en
pendiente.
El rendimiento energético de 4,91 km/kWh se alinea con los valores reportados por
Vepsäläinen et al. (2018), quienes establecen que los autobuses eléctricos en condiciones
urbanas típicamente alcanzan rendimientos entre 3,5 y 6,0 km/kWh, dependiendo de factores
como la masa vehicular, las condiciones topográficas y los patrones de conducción.
DISCUSIÓN
El porcentaje de regeneración del 6,245% obtenido en este estudio refleja el potencial de
recuperación energética bajo las condiciones específicas del ciclo de conducción analizado.
Este valor, aunque situado en el rango conservador de las expectativas teóricas, demuestra la
viabilidad técnica de los sistemas regenerativos en aplicaciones de transporte público urbano
(Gao et al., 1999).
La magnitud de la regeneración energética está directamente correlacionada con la frecuencia
e intensidad de los eventos de desaceleración y las características topográficas del recorrido.
En el caso analizado, el ciclo de conducción presenta características típicas de operación
urbana con velocidades moderadas y eventos de frenado distribuidos a lo largo del trayecto,
resultando en oportunidades limitadas pero consistentes para la recuperación energética.
El rendimiento energético de 4,91 km/kWh posiciona al sistema analizado dentro de los
parámetros de eficiencia esperados para autobuses eléctricos en condiciones urbanas. Este
valor es coherente con los estudios de Lajunen y Lipman (2016), quienes reportan rendimientos
similares en sus análisis comparativos de tecnologías de propulsión para transporte público.
La eficiencia energética observada refleja la optimización del sistema de propulsión eléctrica en
condiciones de tráfico urbano, donde las velocidades moderadas minimizan las pérdidas
aerodinámicas y maximizan la efectividad de los sistemas regenerativos durante las fases de
desaceleración (Mahmoud et al., 2016).
Los resultados obtenidos proporcionan información valiosa para la planificación de flotas de
autobuses eléctricos en entornos urbanos. El porcentaje de regeneración del 6,245%
representa una contribución significativa a la eficiencia energética total del sistema,
particularmente cuando se considera en el contexto de operaciones de alta frecuencia típicas
del transporte público urbano.
La implementación de sistemas regenerativos optimizados, basados en los principios
demostrados en este estudio, puede contribuir sustancialmente a la reducción de los costos
operativos y al incremento de la autonomía vehicular (Li et al., 2018). Esta mejora en la
eficiencia energética se traduce directamente en beneficios económicos y ambientales para los
operadores de transporte público.
Los resultados presentados corresponden a condiciones específicas de operación y
características vehiculares particulares. La extrapolación de estos resultados a otros contextos
operativos requiere consideración de factores como las variaciones en los patrones de tráfico,
las condiciones climáticas, las características topográficas específicas y las diferentes
tecnologías de propulsión y almacenamiento energético (Pelletier et al., 2019). La efectividad
de los sistemas regenerativos está condicionada por limitaciones técnicas inherentes a las
tecnologías de baterías, incluyendo restricciones en la capacidad de absorción de energía
durante condiciones de carga elevada y variaciones en la eficiencia de carga en función de la
temperatura operativa (Un-Noor et al., 2017).
CONCLUSIONES
La investigación ha demostrado la viabilidad técnica y el potencial energético de los sistemas
de regeneración en autobuses eléctricos urbanos, alcanzando un porcentaje de regeneración
del 6,245% y un rendimiento energético de 4,91 km/kWh bajo las condiciones operativas
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analizadas. Estos resultados se alinean con los valores reportados en la literatura especializada
y confirman la efectividad de los sistemas regenerativos en aplicaciones de transporte público.
El análisis integral de la dinámica vehicular ha permitido establecer una metodología robusta
para la evaluación del potencial regenerativo, considerando las fuerzas resistivas
fundamentales que actúan sobre el vehículo durante su operación. La implementación de esta
metodología proporciona una herramienta valiosa para la optimización de sistemas de
propulsión eléctrica en flotas de transporte público.
Los beneficios energéticos y ambientales identificados respaldan la viabilidad de la transición
hacia la movilidad eléctrica en sistemas de transporte urbano, contribuyendo a los objetivos de
sostenibilidad y reducción de emisiones contaminantes. La regeneración energética constituye
un componente tecnológico clave que mejora la eficiencia operativa y reduce los costos
energéticos del transporte público eléctrico.
Para investigaciones futuras, se recomienda la exploración de tecnologías avanzadas de
almacenamiento energético y estrategias de control que maximicen el potencial regenerativo,
considerando las variaciones en condiciones operativas y características específicas de
diferentes entornos urbanos. La integración de sistemas inteligentes de gestión energética
representa una oportunidad para optimizar ulteriormente la eficiencia de los sistemas
regenerativos en aplicaciones de transporte público.
FINANCIAMIENTO
No monetario
CONFLICTO DE INTERÉS
No existe conflicto de interés con personas o instituciones ligadas a la investigación.
AGRADECIMIENTOS
A UNIANDES.
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