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[ NOTA TECNICA ]
La tecnología automotriz continúa avanzando día a día, y así, son cada vez más las incorporaciones que se realizan en un vehículo. Pero hay algo que debe resolverse. ¿Qué pasa realmente con
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el peso de un automóvil si no dejan de sumar prestaciones para el mismo? Definitivamente, es
necesario incorporar diversos materiales que cumplan la misma función pero que por su peso ayudan a la tecnología y al confort de los vehículos modernos.
Las exigencias de los clientes a la hora de elegir un vehículo son cada vez más. Piden mayor confort, seguridad, mejor consumo, estética, y si a esto le sumamos los
requisitos legales de las autoridades como la polución y
el reciclaje, son muchos los puntos a tener en cuenta
por el diseñador a la hora de satisfacer a un posible
comprador con su producto.
Las soluciones más notorias implantadas para la reducción del peso en los elementos de los automóviles
vienen aparejadas a la incorporación de nuevos materiales más ligeros o evoluciones de los ya convencionales. Tales son los casos de la utilización del plástico, del
aluminio y de los aceros de alto (HSLA) y súper alto límite elástico (HHSLA).
Ahora bien, si se desmiembran estas exigencias y se relacionan con parámetros tales como maniobrabilidad, distancia de frenado, deformaciones programadas de la carrocería, aprovechamiento de la potencia del motor y
consumo de combustible, es notable cómo de una u otra
forma todas se relacionan con un parámetro físico denominado "inercia" que por su ecuación y cálculo se relaciona directamente con el peso del automóvil.
Incorporación de plásticos
Esta variable, sin dudas, es el Talón de Aquiles en el diseño y su reducción permite mejorar todas las condiciones antes mencionadas. Por este motivo, en esta nota trataremos "la importancia de bajar el peso de los vehículos
modernos", pero, ¿cómo lograr entonces reducir el peso
del vehículo si se deben tener en cuenta cada vez más
factores para saciar a los consumidores?
Dan cuenta de ello la casi inexistencia de paragolpes,
planchas de abordo y rejillas de otro material que no
sea plástico. Hasta un estudio presentado por Bayer refleja aun más esta tendencia, en la cual se incrementa en
más de un 100% el consumo de plásticos en la industria
automotriz europea, pasando de 5.000 a 10.000 toneladas entre los años 99 y 2003.
Posibles soluciones para reducir el peso de un automóvil
Partes del auto elaboradas con plástico
Por sus mejores características en la obtención, fabricación, durabilidad, maleabilidad, terminación superficial, deformabilidad a bajas velocidades y principalmente su bajo peso, hacen que éste sea el material que
más terreno le ha ganado al acero en la construcción
de un automóvil.
Comencemos por analizar la distribución del peso de un
automóvil convencional. La misma podría agruparse
aproximadamente de la siguiente manera:
• Elementos que conforman la carrocería 50%
• Elementos mecánicos 30%
• Equipamientos y accesorios 20%
P ORCENTAJE DE MATERIALES EN RELACIÓN AL
18% | Interior
14% | Panel de instrumentos
19% | Asientos,
telas, tapizados
13% | Paragolpes y
piezas externas
PESO TOTAL DEL VEHÍCULO
%
5% | Carrocería
80
70
60
50
40
30
20
10
0
6% | Otros
11% | Iluminación, sistemas
eléctricos/electrónicos
8% | Compartimento motor
6% | Sistema de combustible
1975
1985
Referencias
Acero
Plástico
Elastomeros (caucho) | otros
1995
2005
Años
Estos valores que parecen impensados toman su verdadera dimensión al analizar las características particulares
que pueden lograrse con los mismos y, por consiguiente,
sus aplicaciones.
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Propiedad del plástico
Desarrollo
RESISTENCIA MECÁNICA
• Adiciones de cargas de refuerzos (talco, fibras, metales) que permiten obtener el valor exacto de resistencia sin sobredimensionamiento.
RESISTENCIA AL
• Reducciones del coeficiente de dilatación térmica lineal y las deformaciones por calor de cierto tipo de
plásticos permiten obtener compuestos casi indeformables.
CALOR
Aplicaciones más sobresalientes
RESISTENCIA A L A CORROSIÓN
• Por su composición no se ven afectados por la humedad ambiente.
FLUIDEZ EN S U ESTADO LÍQUIDO
• Permiten optimizar el proceso de producción por inyección y se obtiene una única pieza de geometría
muy compleja.
DEFORMABILIDAD
• Su estructura molecular le permite obtener valores
de deformación elástica mayores a los aceros.
Sin dudas, este material posee una versatilidad en el
tratamiento de sus características donde no se puede
establecer su límite en el uso; y pensar en un vehículo
con su carrocería íntegramente de plástico ya no es tan
alocado como lo era hace una década atrás.
Guardabarros | Peugeot 307
Incorporación de Aluminio
Audi, la automotriz emblemática en utilizar este material, ya no está tan sola. El aluminio como opción en la
construcción de piezas de la carrocería ha tomado un papel mucho más preponderante, y su aplicación en piezas
móviles como el capot del Peugeot 307 y del Laguna 2
dan clara idea de esto.
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Carrocería de aluminio | Audi A8
El peso del automóvil es, sin dudas, el Talón de Aquiles en el diseño y su
reducción permite mejorar las condiciones de seguridad y confort del mismo.
Los beneficios en una disminución del 40% en el peso
contra una carrocería convencional de acero, la propiedad de autoprotegerse de la oxidación mediante la creación de una capa de óxido de aluminio y su alta rigidez,
conjuntamente con una adecuada absorción de energía,
hacen de él un material sumamente noble para la fabricación de un vehículo.
Sin embargo, su problemática en la reparación lo ha relegado respecto del plástico. Pero esta tendencia se está
revirtiendo y la incorporación en piezas como el capot,
los paneles de puertas, techos y portones ya no escapa
a ninguna empresa automotriz.
A continuación, damos algunos ejemplos del uso de estas piezas en las carrocerías de sus automóviles.
Marca
Modelo
Piezas de aluminio
AUDI
A8, A2
Serie 7
Laguna
307
355
S60
Forester
Íntegramente
Íntegramente
Capot
Capot
Capot
Capot y portón
Capot
BMW
RENAULT
PEUGEOT
FERRARI
VOLVO
SUBARU
Todas estas incorporaciones han llevado a que los valores de entre un 7% y 9% en el cual se usaba este material
alcancen valores del 12% al 15% de su peso, sin considerar aquellos que poseen su carrocería fabricada íntegramente de aluminio.
Incorporación de Magnesio
Utilizar magnesio es también un método para reducir el peso en cierta medida. No posee mejor relación peso-resistencia que el
acero, pero su gran fluidez en estado líquido permite mejorar las características de
otros metales como el acero y el aluminio.
En consecuencia, se obtienen piezas aleadas con menores espesores y formas complejas que de no utilizarse este material se-
rían imposibles de obtener en su
fabricación. Tal es el caso del volante y la columna de dirección
que ante la incorporación del airbag, con su consecuente peso,
provocaba vibraciones en el extremo de la columna. Por este motivo, la posibilidad de reducir el peso del volante con una aleación de magnesio
dio por solucionado este problema.
Incorporación de aceros de alto y súper alto límite elástico
(HSLA, HHSLA)
A lo largo de esta nota se puede observar cómo el acero
ha sido desplazado en sus aplicaciones. Pareciera ser relegado sin poder dar lucha ante las fabulosas características mecánicas y de fabricación de los materiales denominados alternativos. Sin embargo, esto no es tan así. El
acero a través de la adición de microaleantes (manganeso, cromo y boro) y posteriores tratamientos térmicos dan como beneficio, valores de resistencia al choque y a la penetración estática.
Estas características están íntimamente relacionadas con
los valores que se logran en los ensayos de materiales, de
resistencia a la rotura y límite elástico para cada espesor,
y por ende a la deformación o poder de absorción de
energía en un impacto.
Carrocería con partes de acero HSLA | Renault Laguna 2
Crash Test | Audi A4
Si estos datos son comparados con los de los aceros
convencionales, es notable su gran diferencia, motivando su uso en las piezas más comprometidas a
los impactos de un automóvil.
Estas ventajas también se ven reflejadas en el peso
del automóvil, dado que sus elevados valores de resistencia permiten disminuir los espesores y por ende el peso
de las piezas conformadas de este material. Estudios y
ensayos metalográficos demuestran que los espesores
pueden reducirse hasta la mitad para la obtención de
igual valor de resistencia al choque entre un acero de super alto límite elástico y un acero convencional utilizado
en la fabricación de la carrocería.
Las descripciones formuladas dan cuenta de una continua disputa contra el peso del automóvil. Sin embargo, todas estas ganancias parecieran no ser reflejadas en los números finales, dado que si se analizan los pesos de los automóviles por segmentos,
no sólo no han disminuido, sino que han aumentado su valor.
Esta problemática queda al descubierto analizando el continuo
crecimiento en los equipamientos y sus consecuentes prestaciones de confort y seguridad a lo largo de los años. Por
consiguiente, la ecuación peso/prestaciones o peso/seguridad demuestran que vale la pena
tanto esfuerzo e ingenio por parte de los diseñadores por reducir realmente el peso de la
estructura.
Ing. José Lopez Mori
[email protected]
El aumento del equipamiento en los
vehículos requiere la necesidad de una
carrocería más liviana.