NyPC: marzo 2014

El acero de alta resistencia: una pequeña revolución para la industria del automóvil

Uno de los mayores problemas a los que se enfrentaba la industria del automóvil pasaba por la obesidad de los coches de hoy en día. Cada vez conducimos coches más grandes, con infinidad de sistemas y comodidades que inevitablemente incrementan el peso, por no hablar de la seguridad y de todos los avances que se han realizado en las últimas dos décadas en esta materia. Aún así, también asistimos a la reversión de esta tendencia y nos vamos acostumbrando a que cada nuevo modelo sea más ligero que su predecesor, o como mínimo no sea más pesado.

La humanidad conoció el acero varios siglos antes de Cristo. Hoy en día sigue siendo la materia prima de nuestros coches.

El downsizing ha puesto su granito de arena, pero cuando los coches aumentan sus cotas y su equipamiento crece cada vez más, la única solución que encuentra un fabricante para ahorrar kilogramos pasa necesariamente por utilizar materiales más ligeros. De momento, ni el aluminio, ni la fibra de carbono han logrado solucionar el problema sin generar otro problema aún mayor, el del aumento de los costes de producción.

Con este panorama, resulta sorprendente que hayamos encontrado la solución en el acero y en aleaciones que la humanidad ya conocía varios siglos antes del advenimiento de Cristo.

¿Por qué se emplean los aceros de alta resistencia?

El proceso de construcción de un coche comienza con el mineral de hierro, que después de transformarse en acero toma forma para dar consistencia a un coche.

Lo creas o no, en pleno Siglo XXI, la industria del acero sigue apostando por el I+D para encontrar la aleación perfecta e idónea para el uso que se hará de ese material. Para modificar las propiedades del acero final se aplican modificaciones en los procesos físicos (en su fusión, en el templado, en el estirado) y también en la química y los elementos aleantes a utilizar y su proporción (aluminio, boro, níquel, plomo…).

En la Primera Guerra Mundial ya comenzaron a utilizarse aleaciones de acero extraordinariamente resistentes, lo que hoy en día denominamos aceros de alta resistencia. Pero hasta hace apenas unos años no comenzó a generalizarse su uso en la industria de la automoción, tratando de hallar la solución a esa obesidad que habían sufrido los coches en las últimas décadas. Hoy en día, prácticamente se ha estandarizado.

No entraremos en explicaciones demasiado técnicas. Pero basta con pensar que un acero más resistente permitirá utilizar láminas de menor sección en la estructura y la carrocería de un coche. También permitirá a los constructores jugar con aceros con diferente resistencia, que será mayor en elementos con función estructural clave o críticos por razones de seguridad. El acero de mayor resistencia de un coche suele emplearse, por ejemplo, en el pilar B.

Escogiendo el acero idóneo para cada pieza

Los aceros más resistentes se emplean en los elementos con función estructural crítica o imperativos en términos de seguridad.

La imagen superior ilustra a la perfección el proceso de ingeniería que lleva a decidir el empleo de uno u otro acero al ensamblar un coche. En esta imagen se aprecia el cuerpo desnudo de un Mazda CX-5. El acero revestido de color blanco, no es tan importante en términos estructurales y por lo tanto puede permitirse una resistencia menor. Aquellos elementos revestidos en granate, por contra, son los más importantes a la hora de mantener la rigidez estructural del coche y proteger al conductor en caso de accidente.

Los pilares que sustentan el techo (marco de las lunas delanteras y traseras), el pilar B y los largueros inferiores, son los elementos más importantes a nivel estructural. En el caso que nos ocupa, el del Mazda CX-5, los aceros empleados en estas piezas con capaces de resistir hasta 1.500 MPa sin sufrir una deformación permanente. Los largueros horizontales que se utilizan en los subchasis delantero y trasero tras el parachoques, también suelen gozar de una resistencia muy alta a la deformación, aunque – y aún pareciendo un contrasentido – están anclados a estructuras de deformación controlada que con impactos pequeños ceden para absorber la fuerza del choque. Más adelante os hablaré del porqué de este método.

Obviamente, la rigidez estructural de un coche y su buen aligeramiento dependerá de la proporción de aceros de alta resistencia utilizados y la rigidez y la calidad de estos. Una proporción mayor ayudará a un mayor aligeramiento de la carrocería.

¿Hay futuro más allá del acero?

El aluminio y la fibra de carbono se vislumbran como el sustituto natural del acero, aunque de momento son inviables para un uso generalizado por su coste.

En definitiva, el acero de alta resistencia ha supuesto una pequeña revolución en la industria del automóvil. Hay que tener en cuenta que sin otras medidas de ahorro de peso, como el que se aplica al segundo elemento más pesado de un coche, su motor, no tendría ningún sentido.

La generalización del uso de otros materiales, como el aluminio, aún se resiste en vehículos de volumen, principalmente por su coste. Ya os hemos hablado del Audi A2, un adelantado a su tiempo, pero de momento una utilización tan extendida del aluminio queda restringida a vehículos de gama alta.

El futuro probablemente estará en la fibra de carbono. Como en el caso del aluminio, su uso también queda restringido por el coste de producción y dificultades añadidas en su reparación. La construcción de piezas de gran tamaño (como un monocasco) sigue siendo complicada e inviable en producciones de gran volumen. Pero ya hemos visto la llegada de productos más cercanos al turismo generalista, como el BMW i3, que utilizan numerosas piezas de fibra de carbono, también en elementos estructurales y revestimientos de carrocería.

En Diariomotor: Hyundai nos enseña cómo se ensambla un automóvil: desde el mineral de hierro hasta su primer arranque

Autor del articulo -El acero de alta resistencia: una pequeña revolución para la industria del automóvil

diariomotor.com por David Villarreal

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Tecnología M-KERS: analizamos al mayor rival del híbrido a baterías

Tecnología M-KERS: analizamos al mayor enemigo del híbrido a baterías

Recientemente volvimos a descubrir de la mano de Torotrak el potencial que esconde la tecnología de propulsión híbrida M-KERS basada en la acumulación energética en un volante de inercia capaz de girar a 60.000 rpmen un estado de vacío. Este diseño ha sido desarrollado para eliminar las grandes pérdidas, altos costes y elevado peso de los sistemas de acumulación energética basados en baterías pero, ¿Triunfará?

La respuesta a esta pregunta podría estar muy relacionada con el futuro de Volvo y el de su apuesta por sistemas híbridos basados en la tecnología Mechanical-Kinetic Energy Recovery System, M-KERS en sus siglas en inglés. Torotrak ha confiado en este proyecto como una fórmula capaz de extraer todo el provecho posible a su patentado diseño de transmisión variable, mientras que firmas como Ricardo serían las artífices de continuar evolucionando la idea para mejorar el ya de por sí interesante recorte del 20% en consumos de carburante.

M-KERS: la energía no sólo se almacena en baterías

Es un buen momento para diferenciar los dos diseños actuales que conviven sobre los sistemas híbridos basados en volante de inercia. Por un lado encontramos el diseño M-KERS desarrollado por Ricardo y Torotrak donde la energía cinética del volante de inercia es generada mediante una transmisión mecánica, así, por otro lado encontramos la apuesta de Williamas Hybrid Power donde el volante de inercia se convierte en acumulador energético gracias a la transformación de la energía generada por un propulsor eléctrico en energía cinética.

Volvo ha sido el primer fabricante en mostrar interés por la tecnología M-KERS. La llegada a producción podría ser inminente.

El principio de almacenamiento energético es muy similar en ambos casos, pues el objetivo final no es otro que el lanzamiento del volante de inercia instalado en una cápsula de vacío hasta las 60.000 rpm. Esa energía cinética será la que después será devuelta hacia el tren de propulsión a través de una transmisión mecánica en el caso del diseño M-KERS y conducción eléctrica en el caso del diseño Williams.

En un primer momento, el desarrollo M-KERS encontró diversos problemas relacionados con el grado de eficiencia máxima del conjunto. Este problema venía de la mano de una transmisión variable que debía digerir un alto aporte energético en muy poco tiempo y con cadencias de uso muy altas. El éxito del proyecto y el despertar del interés de firmas como Volvo vino tras la implementación de la transmisión continua de tipo variable desarrollada por Torotrak.

Hasta un 25% en reducción de consumo y 3 veces más barato

Según un estudio de viabilidad llevado a cabo por Ricardo, la tecnología M-KERS permite ofrecer una economía de combustible muy similar a los sistemas híbridos eléctricos a baterías, necesitando tan sólo un tercio de la inversión. Los primeros ensayos en condiciones reales han arrojado datos de ahorro de consumo de carburante de un 25%, mientras que de la mano de Volvo hemos podido conocer que la implementación de la tecnología M-KERS consigue una reducción de emisiones de CO2 de 30 gramos por kilómetro recorrido, ofreciendo un coste de inversión de 23 € por cada gramo reducido con la tecnología M-KERS en comparación con los 100 € por gramo que necesita un sistema híbrido basado en baterías.

La tecnología M-KERS consigue elevar la eficiencia hasta el 70% en la recuperación de las frenadas frente a un 30% de híbridos a baterías

Desde el prisma más prestacional de la tecnología M-KERS encontramos un sistema capaz de arrojar un extra de potencia de 80 CV bajo periodos nunca superiores a los 10 segundos. La tecnología más directa por competencia es la de almacenamiento de carga eléctrica en supercondesadores, sin embargo el coste de la tecnología M-KERS es sustancialmente inferior con hasta 3 veces menos necesidad de inversión en una cadena de producción en serie.

Hablar de autonomía resulta igualmente un sinsentido al encontrar mínima capacidad de acumulación energética. La eficiencia superior al 70% en la recuperación energética de las frenadas con tecnología M-KERS frente a un 30% de eficiencia en sistemas híbridos a baterías es el punto crítico de la apuesta por este diseño. Así, se entiende que el escenario predilecto es el entorno urbano con reiteradas paradas donde multiplicar el ahorro y donde la inminente llegada de la tecnología Hybrid Air de PSA podría ser la única gran y verdadera rival del M-KERS.