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La industria automotriz, sin duda, se caracteriza por su constante avance en nuevos desarrollos tecnológicos y la aplicación de novedosos materiales, todo direccionado a cumplir uno de los objetivos y retos más importantes, como la disminución de peso del vehículo y la reducción de las emisiones de CO2 y, por consiguiente, el decrecimiento significativo en la contribución del impacto ambiental.
De acuerdo con recientes estudios, al bajar el peso del vehículo en un 10 % se logra bajar también el uso de combustible entre un 6 y un 8 %. Por ello, frente a las exigencias económicas y ambientales imperantes en la actualidad, cada vez más los fabricantes de automóviles están en proceso de incorporar materiales plásticos con propiedades físico-mecánicas más avanzadas, que buscan incidir en la reducción de peso y en una mayor eficiencia en el consumo de combustible.
Contenido destacado
Por lo que en ese mismo sentido, al preguntarnos ¿por qué pensar en los materiales plásticos para ser utilizados en el sector automotriz?, encontramos los siguientes puntos, que han sido tomados en cuenta:
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Reducción del consumo de energía
Al lograr la sustitución de algunas piezas metálicas por componentes plásticos se logra un ahorro en el consumo energético de fabricación y procesamiento en pieza terminada.
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Factores de seguridad y confort
Sin duda, la comodidad y la seguridad son requisitos indispensables que los plásticos permiten cumplir, como en los casos de los parachoques del vehículo, los cinturones de seguridad y las bolsas de aire. Y, en cuanto a la comodidad, los materiales empleados en el diseño de los asientos.
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Costo-eficiencia
En cuanto a la reducción de costos, se ahorra al sustituir el vidrio por plástico, como policarbonato, aunado a su mejora en funcionalidad por la durabilidad y resistencia al impacto.
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Resistencia ambiental
En entornos ambientales con la presencia de humedad o productos químicos, los plásticos, que presentan mayor duración y estabilidad, evitan problemas de degradación crítica como en el caso de la corrosión en los metales.
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Creatividad e innovación
En una industria tan cambiante como la automotriz, los plásticos permiten lograr la complejidad que implican diseños innovadores, gracias a la precisión que se puede conseguir mediante la combinación de la compatibilidad de los diversos materiales y la implementación del proceso de moldeo por inyección.
Un automóvil se puede llegar a constituir hasta por unas 30 mil piezas, de las cuales alrededor de 10 mil son de plástico, que varían entre las diversas regiones del mundo. Se destaca el uso plásticos de la familia de los polímeros de ingeniería, materiales de alto desempeño poseedores de propiedades mecánicas y térmicas mejoradas, así como de materiales compuestos y polímeros tradicionales, por ejemplo, polipropileno, polietileno y PVC.
Tipos de polímeros de uso automotriz
Tabla 1. Polímeros para aplicacion en la industria automotriz.
Difícil sería desconocer la gran participación e importancia de los materiales plásticos en el sector automotriz, que debutaron en el año 1950 con la introducción de componentes de ABS, poliamida, poliacetal y policarbonato, junto con mezclas de diversos materiales. La aplicación de plásticos y materiales compuestos (también conocidos como composites) en automóviles se ha incrementado desde 100 kg en 1990, pasando a 140 kg en 2000 y 150 kg en 2010, hasta 200 kg en 2020.
En la tabla 1 podemos identificar diversos componentes automotrices, así como las diferentes opciones de plásticos que se pueden seleccionar para su fabricación.
Para fines del presente artículo trataremos solo algunas de las principales resinas con mayor aplicación automotriz.
- Polipropileno. Utilizado para un amplio rango de funciones interiores y exteriores, ofrece una favorable relación costo-desempeño, además de su aplicación en parachoques, principalmente en Europa, y en aplicaciones exteriores como revestimientos laterales y estribos. También en sistemas de paneles de instrumentos, así como en acabados interiores, por ejemplo, los respaldos de los asientos, los marcos y los paneles de las puertas.
- ABS. Es considerado debido a su bajo costo de producción y la facilidad de procesamiento. Sus aplicaciones se pueden encontrar en tableros de instrumentos, cubiertas de ruedas y partes de carrocerías de automóviles.
- Poliuretano. Es utilizado ampliamente en el sector automotriz debido a sus beneficios en términos de comodidad, protección y conservación de energía. Por ello se puede encontrar en los asientos, descansabrazos y reposacabezas.
Sustentabilidad en plásticos automotrices
Ejemplos de componentes plásticos automotrices.
Por muchos años ha quedado claro que, entre las prioridades de la industria automotriz en las diversas marcas de autos, ha estado la tendencia de promover y proveer satisfacción al conducir, además de la seguridad.
Sin embargo, en años recientes, los requerimientos de revalorizar e integrar la sustentabilidad y la huella de carbono en el sector automotor se ha vuelto una consideración importante para los diversos elementos de la cadena de valor de dicho sector.
Dentro de las elevadas demandas en la funcionalidad general de los automóviles, es fácil imaginar la gran cantidad de materiales involucrados y la complejidad de sistemas utilizados por unidad motriz, en donde se combinan varios tipos de materiales plásticos y una diversidad de sistemas estructurales, con su implícita carga ambiental.
Para ello se plantean distintas rutas que incluyen la selección de materiales no tóxicos con un mayor nivel de reciclabilidad y materiales bioplásticos obtenidos a partir de recursos renovables. Es por demás interesante el gran compromiso en el camino hacia la sustentabilidad, adquirido por las diversas compañías automotrices.
- Bioplásticos en componentes automotrices. Aunque pudiera sonar muy actual el término “bioplásticos” aplicado al sector de automoción, existen trabajos previos realizados específicamente en 1941, en los que Henry Ford desarrolló el primer compuesto con 70 % de fibras de celulosa de pino, de paja cáñamo y fibras de ortiga y una resina epoxi para construir la carrocería de su auto de soya (Soybean).
Una definición concreta de bioplásticos indica que son materiales de base biológica o productos industriales hechos de fuentes agrícolas y forestales renovables, como madera, pastos y cultivos, así como desechos y residuos. Se clasifican los bioplásticos en degradables y no degradables, siendo estos los de interés en aplicaciones automotoras.
Entre los materiales commodities (o de gran volumen) se encuentran, por ejemplo, el polietileno biobasado o PET biobasado, mientras que por el lado de los polímeros de alto desempeño técnico se tienen las poliamidas biobasadas o el politrimetileno tereftalato (PTT).
Algunas aportaciones de los bioplásticos que se pueden considerar:
- Ahorro de recursos no renovables
- Reducción de las emisiones frente al cambio climático
- Cerramiento del círculo para aumentar la eficiencia de los recursos.
Así, algunos ejemplos de aplicaciones prácticas son los poliésteres biobasados (PET biobasado y mezclas PLA) utilizados en piezas interiores de los vehículos.
- Reciclaje de plásticos en el sector automotriz. De acuerdo con la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos, el reciclaje es el proceso de recolección y procesamiento de materiales destinados a ser desechados como basura, a ser convertidos en nuevos productos). El reciclaje tiene una gran influencia en cada etapa del ciclo de vida del automóvil, como se puede apreciar en el esquema.
Esquema de la influencia del reciclado en el ciclo de vida del automóvil.
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En la etapa de diseño se toman decisiones cruciales desde el punto de vista del reciclaje. Aquí se definen las restricciones de tipos de materiales usados; en particular, hay materiales seleccionados que pueden procesarse más, como los materiales reciclables. El uso de materiales reciclables genera posibilidades de circuito cerrado de materiales usados que minimizan el costo de fabricación
¿Cuáles son las consideraciones clave para el reciclaje de plásticos en el sector automotriz?
Durante el proceso de fabricación se deben indicar marcas o símbolos en los componentes que identifiquen el tipo de material plástico (de acuerdo con los requisitos de estándares normalizados ISO, ASTM, etc.), lo que facilita las siguientes etapas de la vida de las piezas. Hay piezas reciclables usadas elegidas durante la etapa de diseño.
La etapa de aplicación está directamente relacionada con el medioambiente. El gran número de autos viejos al final de su vida útil, exige instalaciones de recolección que faciliten los puntos de desarmado.
En la etapa de “Fin de vida” se produce una recuperación de materiales.
El reciclaje es la gestión más eficaz de los polímeros después del final de su vida útil. Los plásticos de ingeniería reciclados deben considerar el costo de recuperar los materiales, la separación efectiva de los desechos plásticos y la disponibilidad de una instalación adecuada para el desmontaje, clasificación y almacenamiento. Por ello, las cuatro etapas consideradas o integradas al reciclaje deben ser tomadas muy en cuenta, con mayor interés.
Sobre el autor
MC. Adrián Méndez Prieto.
Ingeniero Químico, con maestría en tecnología de polímeros y experiencia en investigación y desarrollo por más de 25 años en temas de procesamiento y sustentabilidad de plásticos, PET, polietileno, reciclado, biodegradación, análisis de ciclo de vida, economía circular etc. Contacto: amendezp12@gmail.com
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