En las dos primeras entregas de esta serie de Tecnología del transporte os he hablado sobre barcos que se propulsan por pilas de hidrógeno y motores turbina más eficientes a base de un proceso de detonación rotativa que podría reducir el consumo de combustible de barcos, aviones e incluso centrales de producción eléctrica.
Pero hoy vamos a hablar de algo tanto o más importante que la forma de propulsar un vehículo, ya vaya éste por tierra mar o aire, os vamos a hablar de cómo hacer ese vehículo más ligero. La masa de un vehículo es crítica en cuanto a moverlo se refiere. Newton ya nos dijo que la fuerza es igual a la masa por la aceleración, y en virtud de esto, para acelerar un vehículo de mayor masa necesitaremos más fuerza.
Esta teoría es de fácil entendimiento cuando hablamos de aceleración, pero no debemos olvidar que debido a las resistencias parásitas (resistencia a la rodadura, resistencia aerodinámica, desniveles, etc.) el motor de nuestro coche siempre va a tener que realizar un trabajo para mover nuestro vehículo, y en ese trabajo el peso del mismo influye de manera considerable.
El material casi estándar para la fabricación de cualquier vehículo, ya sea un superpetrolero o un utilitario es el acero. El acero es un material muy resistente con unas excelentes propiedades mecánicas, pero con una densidad de 7,8 kg/dm3 no es lo que podamos definir como un material ligero.
Es cierto que gracias a las aleaciones de alta resistencia se consigue una mayor eficiencia del material y, con ello, se reduce el peso; pero aún así un coche completamente de acero seguirá siendo muy pesado, más cuanto mayor sea la seguridad frente a impactos que busquemos en el modelo en cuestión.
Por ello es necesario el recurrir a otros materiales más ligeros a la par que resistentes. Muchos de ellos, como el aluminio, son viejos conocidos de la industria automovilística, sobretodo en lo que concierne a modelos deportivos, donde la ligereza siempre ha sido sinónimo de éxito.
El aluminio, el material ligero por excelencia
El aluminio dispone de una densidad de 2,7 kg/dm3, un 34% de la densidad del acero, eso si, debido a su menor resistencia mecánica los productos resultantes en aluminio no serán un 66% más ligeros que en acero, pero considerar reducciones en peso de alrededor de un 20% siendo conservativos no es para nada descabellado.
El aluminio ha sido durante muchos años el material por excelencia utilizado en la aeronáutica; es ligero, maleable y tiene unas propiedades anticorrosión que no son igualables por aceros no galvanizados. Por ello se sitúa como el material ideal para realizar vehículos; pero hay dos inconvenientes, el precio y su proceso de producción.
La producción de aluminio se realiza a través de baños electrolíticos, para los cuales es necesario una gran cantidad de electricidad. Es por ello que es condición necesaria que allí donde exista una planta de aluminio ha de existir electricidad de bajo coste.
Pero el aluminio tiene una gran propiedad, y es su reciclado. El aluminio reciclado es hasta un 95% más barato que el aluminio de nueva producción,reduciendo los costes de producción de forma exponencial a la vez que se asegura un ciclo de sostenibilidad del mismo.
Volviendo a la producción, el mayor inconveniente del aluminio es su proceso de unión. Tradicionalmente los coches se han soldado mediante robots, una técnica que para el acero da muy buenos resultados, pero que en cambio no se puede aplicar directamente al aluminio. Las uniones de piezas de aluminio se han realizado tradicionalmente a base de remaches, así que los robots de soldadura utilizados en el resto de vehículos no son válidos.
Existen ahora nuevas técnicas que permiten soldar aluminio, pero todavía no se han extendido de manera masiva por la industria automovilística, donde los costes de producción son examinados con lupa. Existen pocos fabricantes que toda su gama sea en aluminio, pero si que existen modelos destacados realizados en dicho material. El Tesla Model S podría ser un buen ejemplo de vehículo fabricado en aluminio.
Magnesio y titanio, los otros materiales ligeros
Pero no sólo de aluminio vive el hombre, existen otros metales ligeros que también pueden utilizarse en la construcción de vehículos, como por ejemplo el magnesio. El magnesio es uno de los metales estructurales más ligeros que existen, dispone además de unas buenas propiedades mecánicas, siendo ideal para aplicaciones donde el bajo peso sea un requisito indispensable.
Pero, ¿por qué no se hacen coches, aviones o barcos en magnesio? Bueno, un inconveniente es el precio, más elevado que el aluminio, pero principalmente viene condicionado por su estructura molecular. Si el aluminio era un material muy moldeable gracias a su estructura molecular, el magnesio es todo lo contrario. La estructura molecular del magnesio impide que se puedan producir piezas por extrusión o en una prensa, limitando a procesos de moldeo su fabricación.
Ejemplos de uso de magnesio los tenemos bien claros, desde llantas ligeras para modelos deportivos a las barras antivuelco situadas tras los asientos traseros de los SAAB 9-3 cabrio; ambos usos son una oda a la ingeniería de materiales ligeros por su utilización.
No penséis que me he olvidado del titanio, es que simplemente no lo he considerado debido al tremendo coste que supone su fabricación y el material en sí, en aviones se utiliza en piezas de motores y poco más, debido a que su procesamiento es complejo y extremadamente caro, nos deberíamos ir a aplicaciones militares para encontrar un uso extensivo de dicho material.
Con esto finaliza esta pequeña introducción a los materiales ligeros, hoy nos hemos centrado en explicar muy brevemente cuales son las opciones dentro de los metales para reducir pesos. Hemos visto que el aluminio se sitúa como el candidato ideal si lo que buscamos es realizar un coche ligero, reciclable y sin que el precio se nos dispare.
La semana que viene continuaremos con los materiales no metálicos, en ellos podemos englobar desde los materiales compuestos a los plásticos o incluso la madera, el material estructural más frecuentemente olvidado.
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