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¡Viajar ligero!

Componentes de plástico pueden ayudar los coches a perder peso


Plásticos para carros con bajo consumo de combustible

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Nueva York, Atenas, Beijing – el otoño es la estación tradicional para muchas de las más importantes maratones en el mundo. La maratón de Berlín, por ejemplo, tiene 40.000 corredores alineados para la salida – todos ellos saben que tener un peso óptimo puede hacer una gran diferencia. Para los corredores con experiencia, una regla práctica dice que cada kilo menos disminuirá su tiempo en la corrida de uno a dos minutos.

Lo que se aplica a la resistencia de los atletas también se aplica a los expertos en velocidad que otros tipos de “entrenadores” están cortando en todo el mundo: automóvil. “Todos saben que el peso extra aumenta el consumo de combustible”, dice Ralf Zimnol, Jefe de Desarrollo de Aplicaciones de la unidad de negocio High Performance Materials (HPM), especializada en plásticos muy resistentes. “Es por esto que no se debe cargar ningún exceso de equipaje en el portaequipajes de su auto”. En el mundo de la ingeniería hay también una regla práctica semejante: 100 kilos adicionales en un auto de tamaño mediano puede representar un consumo de 0,5 litros más de combustible en una distancia de 100 kilómetros. Como los corredores de maratón, la regla para los fabricantes de autos es garantizar que se mantenga el peso mínimo.

Cuando la idea es dividir el peso de un coche, los plásticos son una parte esencial de un régimen ideal. Considere el siguiente hecho: materiales hechos de polímeros pesan aproximadamente de una sexta a una séptima parte del peso del acero. Incluso el aluminio es substancialmente más pesado. Además: los plásticos tienen una ventaje técnica en comparación con algunos materiales extremamente ligeros y costosos, como el magnesio: ganchos, agujeros, roscas de tornillo, trancas, cierres y ítems semejantes se pueden moldar directamente en partes que integran un componente – lo que los ingenieros llaman “función integración”. Según Zimnol, casi siempre es posible dibujar piezas de plástico de tal manera que ellas sustituyan muchas piezas de metal. Esto no sólo disminuye el tiempo de montaje, sino que ayuda a aligerar la carga. Al fin y al cabo, ¡usar dos tornillos en lugar de 15 ahorra kilos!

Durante las últimas décadas los ingenieros de automóviles han eliminado todas las piezas de metal que puedan ser sustituidas por piezas de plástico. No solo componentes del interior del vehículo, sino aquellos que se encuentran en el compartimiento caliente del motor, tales como colectores turbo, colectores de entrada, sistemas de válvulas del acelerador y piezas del motor, todo lo que se pueda hacer con plástico. Los materiales altamente resistentes de hoy en día – polímeros extremamente fuertes, reforzados con fibras – tienen especificaciones semejantes a las del acero. Pero ellos pesan la mitad y tienen un desempeño comparable.

Sin embargo, hay un límite de la cantidad de peso que los autos puedan llegar a tener. Esto es así porque sistemas como los airbags, aire acondicionado, ventanillas eléctricas y todas las otras innovaciones técnicas también aumentan el peso. En otras palabras, necesitamos considerar las siguientes preguntas: ¿Se pueden hacer piezas de plástico aun más ligeras? ¿Tal vez con la adición de fibras de carbono altamente resistentes y superligeras? Esto ciertamente es una opción, pero demasiado costosa para el mercado de masa. En LANXESS tuvimos una idea mejor hace 20 años. “Irónicamente, nuestra solución involucraba el uso de metales”, explica Zimnol. A pesar de que componentes de plástico sean más ligeros, ellos frecuentemente deben ser más gruesos para que puedan ofrecer la misma fuerza de aquellos producidos con acero. Naturalmente, esto equilibra algunos de los ahorros de peso. “Entonces nosotros imaginamos qué ocurriría si se reforzaran sus sitios cruciales con hojas de metal delgadas”, acrecienta el investigador de LANXESS.

Conocida como la tecnología híbrida de metal/plástico, esta idea mostró que estaba correcta, y ella realizó exactamente lo que los ingenieros predijeron. Hoy, los llamados componentes de última generación ofrecen “lo mejor de los dos mundos” – es decir, componentes funcionales complejos hechos de hojas de acero y poliamida – son tanto de serie como el aire acondicionado. “Se ha usado esta tecnología híbrida de LANXESS para fabricar mucho más que 40 millones de estas piezas estructurales de automóviles altamente durables durante los últimos diez años”, dice Zimnol.

Las soluciones híbridas de alta tecnología de LANXESS tienen una historia de éxito incluso en otras áreas de diseño de automóviles. Componentes de vehículos ahora hechos con plástico y metal, incluyen marcos de techo, soportes de pedal, y pedales de freno. Este último pesa el 40 por ciento menos que los componentes de acero e incluso son el 20 por ciento más baratos para producir, siendo más resistentes. Mientras tanto, los dibujantes de automóviles hoy están ahora construyendo puertas, guardas traseras, campanas del compartimiento del motor, y hasta cárteres de aceite altamente durables con materiales compuestos de plástico y metal con la ayuda de la tecnología CAD. “Estamos muy involucrados en muchos de estos desarrollos. Esto es porque tenemos know-how exclusivo en esta área de tecnología híbrida”, dice Zimnol.

Esta cooperación incluso ha dado a los ingenieros de LANXESS una oportunidad de observar maneras de hacer componentes aun más fuertes. Una opción aquí es revestir las delgadas hojas de acero con un adhesivo especial antes de combinarlas con plástico. “En los componentes híbridos”, explica Zemnol, “el polímero y los elementos de refuerzo están ligados por medio de pequeños agujeros y hendiduras en el metal. El plástico fluye hacia dentro y a través de estos agujeros y huecos, seca, y así mantiene junta a toda la estructura. Con la ligadura adhesiva híbrida, sin embargo, se tiene una ligadura de toda la superficie, que puede ser mucho más fuerte”. Como comparación, tablas de madera clavadas se pueden separar, si se usa la fuerza suficiente. Pero si se la pega juntas, esto es mucho más difícil, quizá imposible.

 

Hojas de plástico
Nuevos horizontes para la ingeniería de pesos ligeros

II_1_LeichtbauOtra estimulante línea de desarrollo se basa en el uso de hojas hechas de plástico en lugar de metal. Estas llamadas hojas orgánicas de plástico son hojas delgadas de plástico con fibras reforzadas que se pueden presionar juntas para que establezcan formas, como las placas delgadas de metal. Cuando se las combinan con nervaduras y puntales hechos de poliamida, se puede usar el material resultante para hacer componentes cuya fuerza es semejante a las piezas híbridas hechas con metal y plástico, pero son aun más ligeras. ¿Y quién ha creado esta tecnología? De nuevo, LANXESS.

“La ventaja de los componentes híbridos hechos con hoja orgánica es que ellos presentan una unión sustancia-con-sustancia”, explica Zimnol. “La poliamida se une con mayor facilidad que el metal”. Esto significa que los componentes individuales en el material son unidos firmemente, lo que se puede ver en las investigaciones de colisiones, por ejemplo. Una de las primeras aplicaciones de este material compuesto son los parachoques del nuevo Audi A8. La parte inferior de este componente estructural es reforzada con hoja orgánica. Otra ventaja, evidentemente, es que la hoja orgánica no sufre corrosión.

Recientemente los ingenieros en el grupo de especialidades químicas de LANXESS están echando un vistazo renovado en los polímeros que se usan para hacer hojas de metal o de plástico orgánico. Estos plásticos son responsables tanto por la apariencia como por la función del componente acabado. “Ahora tenemos nuevas poliamidas, como Durethan EF (“Easy Flow”) y Durethan XF (“Extreme Flow”); estas poliamidas fluyen aun mejor dentro del moldeo por inyección que otros en su categoría”, dice Zimnol. Esto significa que los componentes que ya son ligeros pueden ser proyectados para que sean aun más delgados, porque se puede forzar el plástico a través de canales aun más estrechos hacia dentro del molde. Al mismo tiempo, el fabricante ahorra dinero porque no se tiene que calentar el material hasta una cierta temperatura para que se lo haga fluir adecuadamente. Además, las piezas delgadas enfrían rápidamente, lo que resulta en ciclos de producción más cortos. Finalmente, pero no menos importante, se puede añadir una gran cantidad de fibras de refuerzo a estas poliamidas que fluyen mejor, lo que hace los componentes resultantes aun más fuertes – e incluso más ligeros.

Este y otros desarrollos eran apenas en el comienzo cuando los ingenieros automotrices empezaron por primera vez su maratón para disminuir el consumo de combustible. Pero como saben todos los atletas que corren largas distancias, muchas cosas pueden cambiar durante una corrida. ¿Y ya ve Zimnol la llegada? “¡Acabamos de empezar!”, responde él. “Aun hay mucho potencial en la ingeniería de pesos ligeros con los plásticos.”