El aligeramiento, un concepto de la industria automovilística, exige que todas las piezas del coche se optimicen para que pesen lo menos posible. Al proponer que se diseñen nuevos materiales para sustituir las pesadas piezas de los coches que provocan tensiones en el motor, los fabricantes de equipos originales (OEM) están invirtiendo en soluciones funcionales y modernas que sirven mejor a los usuarios individuales y al medio ambiente.
Los últimos acontecimientos han renovado el interés y la atención por el aligeramiento. Para empezar, el Presidente Biden emitió la Orden Ejecutiva 13990 en el primer mes de su presidencia. Esta orden, "Proteger la salud pública y el medio ambiente y restaurar la ciencia para hacer frente a la crisis climática", ordena a las agencias federales que revisen los reglamentos y otras acciones de las agencias de la Administración Trump, incluidas las normas federales que regulan el ahorro de combustible y las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) de turismos y camiones.
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Más recientemente, el Presidente Biden se reunió con fabricantes de chips y de automóviles para debatir la escasez de semiconductores en la cadena de suministro. Los semiconductores están en el centro de la innovación de la industria automovilística. Mejoran la eficiencia de los vehículos y hacen avanzar la tecnología de seguridad, como los sistemas de detección de colisiones. Invertir en tecnología, investigación y suministro de semiconductores podría ayudar a racionalizar las prácticas de aligeramiento de toda la industria sustituyendo la necesidad de componentes pesados por microchips ligeros y electrificación.
El Presidente también se reunió con líderes mundiales, reafirmando el compromiso de EE.UU. con la neutralidad de carbono para 2050 y con la reducción a la mitad de las emisiones para 2030. Su plan, disponible con más detalle en Whitehouse.gov, destaca el papel de "los trabajadores del automóvil que construyen vehículos eléctricos modernos y eficientes y la infraestructura de recarga para apoyarlos". Con el apoyo gubernamental a la innovación dentro de la industria automovilística, el aligeramiento ocupa un lugar central.
Los fabricantes de equipos originales han adoptado dos enfoques específicos para reducir las emisiones y aligerar el peso de los automóviles:
Estos enfoques pretenden mejorar la autonomía por carga de los vehículos eléctricos y reducir las emisiones de los vehículos de gasolina y diésel. La reducción del peso total del vehículo abre la puerta a la viabilidad comercial de ambos planteamientos.
Los fabricantes de automóviles buscan constantemente nuevos materiales de calidad. Lo hacen para mejorar la seguridad general del vehículo o para reducir el ruido, las vibraciones y el consumo de combustible. Estos incentivos para la innovación dentro de la industria se ven intensificados por las estrictas normativas medioambientales, que son un componente esencial para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en todo el mundo. El aligeramiento de los automóviles parece ser el mejor camino a seguir.
Impulsando la evolución científica de los materiales en beneficio de un mejor kilometraje, aceleración, frenado y manejo general del vehículo, los fabricantes de equipos originales han desarrollado biocomposites y biomateriales avanzados, como alternativas reforzadas con fibra, aleaciones de aluminio de primera calidad y aceros avanzados y de resistencia ultraalta, con el objetivo de aligerar los vehículos para cumplir la normativa.
Las prácticas de aligeramiento están orientadas a los sistemas. Es engañoso pensar que se trata de un proceso de sustitución de componentes individuales por sus versiones más ligeras.
Más bien, los productos y procesos en los que se centran hoy los OEM tienen en cuenta todas las posibilidades de aligeramiento para reducir y eliminar componentes por completo. La utilización de nuevas herramientas, como la IA y las impresoras 3D de metal, facilita la experimentación y las pruebas de materiales que requiere el aligeramiento de los automóviles.
Brakes International, con sede en Eindhoven (Países Bajos), está desarrollando la tecnología Smart Brake de frenado por cable, que se lanzará en 2025. Smart Brake elimina el frenado hidráulico y sustituye el cilindro maestro, los conductos de freno, el líquido de frenos, los pistones de las pinzas accionados por líquido y los componentes antibloqueo.
Al centrarse en todo el sistema de frenado, en lugar de en los componentes individuales, se podría aplicar una solución de aligeramiento, ya que el frenado se produce electrónicamente con motores eléctricos. Estos motores eléctricos ejercen una gran fuerza de apriete sobre las pastillas y los rotores.
Los depósitos de combustible más pequeños, que ofrecen una mayor eficiencia, son más ligeros que sus homólogos más voluminosos. Y los vehículos impulsados por baterías eliminan por completo la necesidad de depósitos de combustible.
Tener menos piezas reduce la cantidad de fijaciones mecánicas y adhesivos en elementos como las consolas de los vehículos. Estos componentes más pequeños y aparentemente menos pesados se acumulan a granel.
Las imprimaciones y capas de acabado más finas reducen el uso de material.
Los materiales aislantes (reducen el calor, el ruido o las vibraciones) para los bajos de los capós, los pasos de rueda, los habitáculos y el encapsulado del motor están cambiando a materiales más ligeros como el aluminio, el magnesio y los compuestos reforzados con fibra de carbono.
Los plásticos, el policarbonato, las fibras de carbono, el aluminio, los tipos de acero de resistencia ultraalta y avanzada y el uso de adhesivos y soldaduras por puntos en lugar de las fijaciones mecánicas tradicionales permiten reducir el peso. Los adhesivos permiten unir materiales diferentes, lo que puede ser beneficioso para las construcciones híbridas.
Las aplicaciones de aligeramiento en automoción pueden variar en función del tipo de vehículo. Por ejemplo, el Centro de Investigación del Automóvil (CAR) muestra que las diferencias estructurales entre los vehículos monocasco y los de carrocería sobre bastidor desempeñan un papel importante en la elección de los materiales. Los vehículos con carrocería sobre bastidor -principalmente camiones y todoterrenos en los que la carrocería se asienta sobre un bastidor plano y resistente que soporta y sujeta las ruedas y la suspensión- son también, en general, más caros que los vehículos de carrocería única -coches cuya carrocería sirve de bastidor que soporta el peso del vehículo, así como las ruedas y la suspensión-.
Algunas de las principales oportunidades de aligeramiento en automoción se encuentran en: interiores, aislamiento, parachoques, asientos, ventanas, paneles de carrocería, estructura y paquetes de baterías.
Los materiales específicos que verá incluyen:
Los productos polivalentes de aluminio, como la chapa, la bobina, la chapa, la barra y el tubo de aluminio, son cada vez más populares en la fabricación de automóviles. Destacan dos series de aleaciones.
Los tratamientos térmicos controlados y los procedimientos químicos controlados producen aceros avanzados de alta resistencia (AHSS) y aceros de ultra alta resistencia (UHSS) con una resistencia a la tracción de hasta 1700 MPa. Hay varios tipos de acero que entran en la categoría AHSS/UHSS, como el acero de doble fase y el acero martensítico. La integración de estos aceros complejos y sofisticados en las aplicaciones de automoción permite reducir el peso y los costes.
Los aceros bifásicos (DP ) están disponibles en diferentes grados de resistencia y se han convertido en un accesorio fundamental en la industria del automóvil. Ofrecen resistencia a la tracción y propiedades dúctiles, así como buena conformabilidad y resistencia a las abolladuras.
Las calidades de acero martensítico, especialmente el acero multifásico (MS), cuentan con algunos de los niveles más altos de resistencia a la tracción dentro del grupo AHSS/UHSS. Los aceros MS se diseñaron específicamente para la industria del automóvil. Verá que el acero martensítico se utiliza para travesaños, refuerzos de parachoques y vigas de intrusión lateral. Kloeckner Metals suministra: MS1300, MS1500 y MS1700.
Ford fue uno de los primeros en adoptar el aligeramiento en automoción. También acaban de fijar nuevos objetivos de reducción de emisiones para 2035 en su Informe de Sostenibilidad 2021, con el objetivo de alcanzar una reducción del 76% en las emisiones de GEI de alcance 1 y 2 de las operaciones (sobre la base de las emisiones de 2017), y una reducción del 50% en las emisiones de GEI de alcance 3 de sus vehículos (sobre la base de las emisiones de 2019).
El cambio a una carrocería de aluminio en su emblemático F150 tenía como objetivo convertirlo en un vehículo más ligero. Este cambio exigió otros cambios. Mientras Ford adoptaba el innovador aligeramiento del aluminio, pinturas, adhesivos y procesos de soldadura tenían que adaptarse al nuevo material. Hubo que revisar todo el ciclo de vida del producto, incluidos aspectos como los flujos de residuos y la demanda de reciclaje.
El coste es una de las razones por las que el AHSS y el UHSS se han utilizado más que el aluminio. El cambio a carrocerías de aluminio como las de los camiones Ford requiere nuevos talleres de carrocería, mientras que los nuevos aceros pueden utilizarse en las instalaciones existentes, con algunos ligeros ajustes para reducir la mayor probabilidad de desgaste de las máquinas.
Los retos más amplios de la cadena de suministro a los que se enfrentan Ford y otros OEM al comprometerse con el aligeramiento, señalan una mayor necesidad de apoyo gubernamental, especialmente cuando la industria está sujeta a ambiciosas normas CAFE. Un ejemplo que demuestra el compromiso de Estados Unidos con los principios de aligeramiento en automoción es Obama-Era LIFT, una asociación público-privada sin ánimo de lucro entre el Departamento de Defensa de Estados Unidos, la industria y el mundo académico, que trabaja para innovar en la fabricación de movilidad y hacer más accesibles las prácticas de aligeramiento.
Es emocionante considerar el futuro de las aplicaciones de aligeramiento en la industria automovilística y lo que aún está por llegar. Kloeckner Metals se enorgullece de nuestros amplios inventarios de aleaciones ligeras de aluminio y aceros avanzados y de ultra alta resistencia que están a la vanguardia de la transformación durante un momento tan histórico.
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