24 de mayo de 2022.- Un estudio mostró que las vigas de parachoques de acero tienen una ventaja en la sostenibilidad.
Aunque el aluminio es el material más liviano, las vigas de los parachoques de acero de ultra alta resistencia (UHSS) requieren un menor consumo total de energía durante el ciclo de vida del producto, según los resultados de una evaluación de sustentabilidad presentada en el simposio Great Designs in Steel.
Los resultados fueron generados por un modelo de evaluación del ciclo de vida (LCA) desarrollado en la Universidad de California en Santa Bárbara (UCSB) para WorldAutoSteel, dijo el consultor de sistemas de defensas automotrices Stu Brown, de Brown Technical Consulting, a la audiencia en la conferencia de materiales automotrices del 18 de mayo. .
El estudio de caso muestra que una viga de parachoques UHSS que pesa 7,5 kilogramos requerirá menos energía total que una viga de parachoques de aluminio extruido equivalente de 6,7 kilogramos, cuando se tienen en cuenta las tres fases de su ciclo de vida.
Tradicionalmente, dijo, las decisiones de los OEM sobre los materiales utilizados están «impulsadas en gran medida por el costo de una pieza por unidad de masa ahorrada». Por lo general, el acero se elige por su menor costo, mientras que el aluminio se elige cuando la masa reducida es importante.
Los factores en la ecuación son el tipo de vehículo que se está construyendo, qué tan cerca está el vehículo de una clase de peso deseada y si hay otras oportunidades en el vehículo para reducir la masa, dijo Brown.
En contraste, el modelo de evaluación del ciclo de vida desarrollado por UCSB busca cuantificar el impacto ambiental de un vehículo durante toda su vida. Calcula la producción de gases de efecto invernadero (GEI) y el consumo de energía para tres fases: producción y fabricación de materiales, uso y fin de la vida útil o reciclaje.
“Las decisiones que tomemos hoy afectarán cómo vivirá la gente en el futuro. Y de eso se trata la sustentabilidad”, dijo Brown. “El objetivo sería utilizar la menor cantidad de recursos para mantener una vida sostenible para las generaciones futuras”.
Actualmente, “las decisiones sobre el acero frente al aluminio se basan en gran medida en la fase de uso únicamente del ciclo de vida del vehículo”, dijo.
Cuando se le preguntó si los OEM son receptivos a considerar la sostenibilidad en la selección de materiales, Brown respondió que los equipos de vehículos generalmente apuntan a objetivos específicos, como el estándar de economía de combustible. «Sin embargo, el objetivo de esta presentación es que hay más en esta historia… que debe incluirse y reconocerse».
Para un gran estudio comparativo de SUV, Brown eligió seis SUV, con un peso de 2.453 kilogramos a 2.730 kilogramos. Encontró que la masa de la viga del parachoques delantero no tenía correlación con la masa del vehículo; la viga del Mercedes GL 450 2016 de 2455 kilogramos fue la más pesada de las seis, con 11,2 kilogramos, mientras que la viga de aluminio del Ford Expedition de 2592 kilogramos fue la más ligera, con 3,07 kilogramos.
Gran parte de las diferencias de masa entre las vigas se debió a su diseño. “Realmente depende de cómo cada fabricante de vehículos elabore estrategias sobre cómo van a interconectar la viga del parachoques con la estructura del vehículo para su capacidad de colisión a alta velocidad”, dijo Brown. “Y entonces ves diferencias en el diseño mismo. El Mercedes tiene algunas latas de aplastamiento y extensiones de riel bastante significativas, mientras que en el Ford Expedition solo tenemos soportes de montaje en ese caso particular”.
En aras de la comparación, Brown usó el peso promedio de los seis SUV, 2574 kilogramos, y asumió una vida útil del vehículo de 150 000 millas o 242 000 kilómetros, y el uso de etanol al 10 %. El contenido reciclado se calculó en 0%, 50% y 100%.
Introducidos en el modelo UCSB, los resultados de la viga parachoques mostraron que las emisiones de GEI y el uso total de energía tenían la misma relación relativa entre sí. El BMW X7 2021, con su viga de aluminio de 5,96 kilogramos, fue el más alto en ambas medidas, mientras que el Expedition fue el más bajo.
“Puede parecer que las [vigas] de aluminio tienen muchas más [emisiones] de gases de efecto invernadero o [consumo] total de energía”, dijo Brown. “Eso es cierto, y eso se debe en gran medida al proceso de refinación de tomar bauxita y convertirla en aluminio. Esa es una gran cantidad de electricidad como parte de ese proceso. Eso es lo que eleva las vigas de aluminio”.
A partir de ahí, Brown realizó un estudio de caso de vigas genéricas de parachoques delantero, usando datos que mostraban que UHSS ahorra un 25 % de masa en comparación con el acero dulce y que el aluminio ahorra un 33 %.
En el modelo, a medida que aumenta la tasa de reciclaje, disminuye el uso total de energía. Si bien «existe cierto desacuerdo sobre la cantidad de contenido reciclado que puede poner en estos productos en particular», dijo Brown, «en mi experiencia con las vigas de aluminio, las tolerancias del modelo son tan estrictas que no usamos ningún tipo de reciclaje». Cuanto menor sea la tasa de reciclaje, mayor será la ventaja energética de AHSS sobre el aluminio, dijo.
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