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NUEVAS TECNOLOGÍAS EN LA AUTOMOCIÓN

1.- INTRODUCCIÓN 2.- AUTOMOCIÓN. PRESENTE Y FUTURO DE LA PRODUCCIÓN 3.- COMPOSITES. HERRAMIENTAS DE DISEÑO 4.- BIBLIOGRAFÍA

1.- INTRODUCCIÓN En este estudio se pretende analizar la realidad tecnológica actual en el

sector de la automoción, las tendencias e innovaciones más punteras, y las previsiones y perspectivas futuras.

Se ha dividido en dos partes: el primero que trata sobre los aspectos

citados anteriormente en la automoción, y el segundo centrado en los composites y sus herramientas de diseño.

Al tratarse de un estudio sobre las perspectivas y sobre lo más puntero

en el campo, es muy difícil encontrar información actualizada en publicaciones editadas, y se debe recurrir a revistas especializadas, congresos internacionales, e Internet. Y esas han sido las fuentes de la información reflejada en este estudio:

Se ha estudiado las revistas comerciales más importantes sobre el

mundo de la mecánica y la automoción y las revistas propias de los principales fabricantes europeos y estadounidenses (a revistas técnicas sobre fabricantes japoneses o asiáticos en general no nos ha dado tiempo a tener acceso)

Asimismo se ha analizado lo expuesto por los fabricantes y las

ponencias de los investigadores en la última feria internacional de Dusseldorf a principios de 1999

Y finalmente se ha tenido en cuenta la información obtenida a través

de internet, entre la que destaca la correspondiente a las Universidades de Zaragoza y Málaga, o la de particulares expertos en el tema, como D. A. Sánchez; todas estas direcciones de Internet examinadas se incluyen en la bibliografía.

DUSELDORF 99

2.- AUTOMOCIÓN. PRESENTE Y FUTURO DE LA PRODUCCIÓN

Las nuevas tecnologías en automoción

Se prevé que nuevas tecnologías actualmente en fase de desarrollo y experimentación pueden multiplicar por diez la eficiencia de los vehículos actuales, mejorar su seguridad y comodidad, bajar su costo de adquisición y mantenimiento y alargar además su vida útil.

Cada año, solo en los Estados Unidos, los vehículos a motor liberan a la atmósfera en torno a 350 millones de toneladas de carbono en forma de monóxido y dióxido de carbono. Aunque los progresos en la eficiencia del combustible que consumen los automóviles quedaron estancados en la década pasada, los interesantes progresos registrados en los últimos años en la tecnología permitirán triplicar en varios años la eficiencia de los vehículos actuales. A muy corto plazo será posible lanzar al mercado automóviles cuya eficiencia les permita transportar a sus ocupantes varios miles de kilómetros con un solo tanque de combustible, con un incremento notable en la seguridad y confort, y más ecológicamente de lo que puede hacerlo un automóvil eléctrico, que necesita plantas de potencia para recargar sus baterías.

Los automóviles actuales han realizado grandes progresos en cuanto al equipamiento, pero ninguno en cuanto a aligerar y compactar su estructura mecánica básica. Bien es cierto que se ha ganado en seguridad, prestaciones y confort, pero el consumo medio de un automóvil familiar sigue estando en torno a los 8 l. / 100 Km, muy lejos de los 2,5 – 3 l que es lo que podría consumir un automóvil equivalente construido con tecnologías ya disponibles.

Alcanzar estos consumos requerirá un diseño radicalmente nuevo del automóvil que llegue a convertirlo en un "híbrido ultraligero". La tecnología básica para la construcción de estos automóviles ya existe. Muchas firmas alrededor el mundo han comenzado a construir prototipos. Tanto en Estados Unidos como en Europa y Japón los principales fabricantes están asentando sus posiciones para llevar el concepto al mercado.

Existe un programa de cooperación y colaboración para la investigación y desarrollo de una nueva generación de vehículos, que lo componen los principales fabricantes de automóviles norteamericanos (Chrysler, Ford, y General Motors). Los tres objetivos de este programa son:

Desarrollar nuevas técnicas de fabricación que reduzcan tiempo y costo del desarrollo de un automóvil.

Mejorar la eficiencia del combustible consumido, y reducir las emisiones a la atmósfera.

Desarrollar un vehículo con una eficiencia tres veces superior a la de los actuales automóviles de tipo medio, en tanto que se mantienen o mejoran la seguridad, las prestaciones, las emisiones a la atmósfera y el precio. El consumo debe situarse en menos de 3 litros de gasolina por cada cien kilómetros.

Los dos primeros objetivos lo son a corto plazo en tanto que el tercero lo es a largo plazo. La consecución de los objetivos que persigue este programa generará un profundo cambio en el sector de la automoción, que afectará significativamente a la economía global.

Estos tres fabricantes utilizan actualmente nuevas tecnologías que aplicarán en prototipos que deben estar en su fase final en el año 2005, y se han dotado de sofisticados laboratorios de medición de emisiones, con los que desarrollarán vehículos de máxima eficiencia y mínimas emisiones. Chrysler trabaja actualmente en un nuevo vehículo capaz de convertir gas en hidrógeno. Ford ha mostrado recientemente un nuevo concepto de vehículo, el P2000, cuyas piezas sustituyen el acero por aluminio, consiguiendo una reducción de peso del 40% (800 Kg) y una reducción en el volumen exterior del 50%. Monta dos diferentes versiones de propulsión híbrida. La propulsada por un motor convencional de 2 litros de cilindrada recorre más de cien kilómetros con solo 6,5 litros, en lugar de los 8.5 que consume actualmente el vehículo equivalente. Las emisiones quedan muy reducidas en todos los casos. La réplica de General Motors se llama GMUltralite. Es un vehículo que reduce la resistencia aerodinámica y el peso en un 50%, multiplicando por dos la eficiencia. Está fabricado en fibra de carbono, y monta un sistema de propulsión híbrido – eléctrico.

Por otro lado Toyota con su modelo Prius ahorra el 50% de combustible y disminuye el 90% de las emisiones.

Compuestos de fibra y materiales cerámicos

El acero es actualmente un material barato y que satisface muchos requerimientos en cuanto a versatilidad, seguridad, robustez, inalterabilidad, etc. Por el contrario cuenta con una seria desventaja: es un material pesado, que lastra seriamente los esfuerzos en los que están envueltos actualmente los principales fabricantes para construir automóviles verdaderamente eficientes. Por ello este material tan estandarizado podría ser sustituido en poco tiempo en muchas de las partes de los automóviles actuales. A decir de muchos especialistas, estamos a punto de entrar en la transición de la edad de hierro a la edad de los materiales compuestos, en lo que a la industria de la automoción se refiere. El motivo por el que todavía el acero domina la fabricación del automóvil actual es la inercia tecnológica que ha generado la enorme inversión hecha a lo largo del tiempo en diseñar, mecanizar, fabricar, y terminar en este metal miles de tipos de vehículos. En cada nuevo modelo, alrededor de mil ingenieros emplean en torno a un año en el diseño, y luego otro año en la fabricación, rondando los costos finales muchos miles de millones de euros.

Recuperar tamaña inversión lleva varios años, y rentabilizarla obliga a realizar una enorme producción en serie que a veces se ve sorprendida por cambios rápidos e imprevistos en los mercados. Un proceso productivo tan difícil y complejo y que obliga a asumir tantos riesgos financieros, podría quedar anticuado en poco tiempo.

El peso total que llega a alcanzar un vehículo en orden de marcha es un factor crítico que afecta a todas las fases de su diseño. Su disminución permitirá reducir la potencia requerida para su arrastre, aumentará la eficiencia del sistema propulsor, disminuirá tanto la resistencia a la rodadura de los neumáticos como la cantidad de energía usada en su aceleración, y que posteriormente se derrocha en su frenado. Un diseño ultraligero debe ser realizado sin sacrificar ni la robustez ni la seguridad de la estructura del vehículo, reemplazando la mayor parte de sus piezas de acero por otras construidas en nuevos materiales como son los compuestos poliméricos avanzados y los cerámicos.

Cuando se aligera el peso de ciertas partes de un automóvil, se genera un "efecto dominó" sobre casi todo el resto de las piezas del vehículo, que pueden ser mucho más ligeras, ya que, al reducirse la carga o tensión que soportan pueden ser aligeradas sin menoscabo de su funcionalidad. Pero lo más importante de todo es que esta fuerte reducción del peso total permite instalar un motor de menor potencia para conseguir las mismas prestaciones. Además ciertos sistemas auxiliares como los servos acaban por ser innecesarios. La supresión de masa en piezas giratorias redunda en mayor suavidad de funcionamiento, y el aligeramiento de la estructura, del motor y de la suspensión aumenta la comodidad del vehículo. Un vehículo del tipo híbrido ultraligero puede obtener una reducción en el peso superior al 50% sin sacrificar prestaciones.

Las piezas en compuestos poliméricos avanzados se diseñan y fabrican de una forma totalmente diferente al acero, ya que son más ligeras, rígidas y robustas, y además permiten el trenzado interior de fibras, formando una matriz-soporte plástica que distribuye uniformemente la tensión. Las fibras pueden ser seleccionadas y orientadas para conseguir las propiedades mecánicas requeridas. Con la fibra de carbono es posible conseguir una robustez similar a la del acero, pero con la mitad o una tercera parte del peso de este. Para mucho usos, otras fibras como la fibra de vidrio y polyaramida, son tan buenas o mejores, y actualmente entre un 50 y un 85 por ciento más baratas. Los chasis de los vehículos híbridos ultraligeros usarán con toda probabilidad compuestos avanzados, formulados con carbono, aramid (Kevlar), o fibras similares, que pueden alcanzar para un mismo peso, mayor grado de firmeza y robustez que los compuestos reforzados de fibra de vidrio.

Son también importantes los compuestos de aluminio infiltrados de aire (aluminium matrix composites), usados en la fabricación de piezas ligeras de motores, los de matriz metálica, que incorporan fibras de carbono-silicio cerámicas insertadas en aluminio o titanio y que poseen características metálicas superiores a las del acero, sobre todo en su resistencia al aumento a la temperatura. La adición de estas fibras al aluminio le hace incrementar su resistencia al alargamiento en tres veces. También se hacen partes de motores con compuestos formulados con poliamida y poliester. En España se fabrican y comercializan actualmente compuestos de fibra de vidrio y resina poliester, sobre todo en palas para aerogeneradores.

Pero las ventajas más importantes de los compuestos surgen en la fabricación de piezas individuales. Solo el 15 por ciento del valor final de una pieza típica de automóvil hecha en acero corresponde al coste del metal; el 85 por ciento restante se distribuye en costes de fundición, soldadura, mecanizado y acabado. Sin embargo, las piezas de compuestos y otros moldeados sintéticos surgen desde el molde ya terminadas y con la forma requerida. Además las unidades grandes y complejas pueden moldearse en una sola pieza, Los cortes podrán hacerse a tan solo un 1% de lo qué ahora es normal, así como reducirse el tiempo de ensamblaje y espaciado a casi el 10 por ciento. Las piezas, además de más ligeras y fáciles de ensamblar, pueden ajustarse mucho más precisamente. El pintado podrá suprimirse en parte al colocarse ya las piezas coloreadas desde el molde. A menos que se reciclen, los compuestos tienen una duración ilimitada, ya que no son susceptibles de abollarse, oxidarse o quebrarse. Con estos materiales será posible que los nuevos vehículos incorporen un cuerpo monocasco sin bastidor. Esta configuración proporciona una rigidez extrema en el automóvil que facilita la conducción, aumenta la seguridad y elimina vibraciones.

Los compuestos avanzados ofrecen un gran potencial debido a su alta reducción de masa (2 veces menos que el aluminio y 5 veces menos que el acero). Reducir la masa de un vehículo mejora la eficiencia del combustible consumido, lo hace más fácil de conducir, de acelerar y de frenar. Muchos expertos en automoción han estimado que los monocascos de los automóviles fabricados en compuestos avanzados pueden aligerar el peso de la estructura de un vehículo en más de un 60%, en relación con su equivalente en acero. El equivalente en aluminio se espera que lo aligere en torno a un 50%, y el acero optimizado en más de un 25%. Por ello, para alcanzar altas cotas de reducción de masa y economía de combustible, los compuestos avanzados parecen ser mucho más prometedores. Sus superiores propiedades mecánicas proporcionan grandes ahorros en tamaño y peso, permitiendo que los automóviles sean más espaciosos, seguros y ligeros.

Con los compuestos pueden fabricarse equipos con una inversión hasta diez veces menor. Esto es así porque las piezas de compuestos se forman en la forma deseada no con los variados y complejos procesos que requiere el acero (prensados a alta presión o temperatura, estampados, galvanizados o revestimientos, pintados, rectificados, etc.), sino con un simple y sencillo moldeado, que generalmente se suele revestir de resina epoxy. Algunos procesos de fabricación de compuestos deben hacerse bajo presión, aunque mucho menor que la requerida para el moldeado de metales. La estructura de un automóvil está compuesta por muchos cientos de partes que deben ser soldadas para formar un único conjunto. La estampación del metal no permite generar directamente piezas individuales con formas geométricamente complejas. Sin embargo los compuestos harán posible construir la estructura completa del automóvil moldeada de una sola pieza en forma de monocasco, generando la robustez propia del "efecto cáscara", y ahorrando muchos procesos de subensamblaje.

Si bien las piezas hechas con compuestos se desgastan más rápidamente que las de acero, su fabricación mucho más económica compensa sobradamente la menor duración. El costo total del mecanizado por modelo está actualmente entre la mitad y una

décima parte que el del acero, debido a la reducción de número de piezas, y porque muchas de estas pueden ser desechables, y por tanto más baratas. La estereolitografía, (un proceso tridimensional que convierte las figuras diseñadas en ordenador directamente en objetos sólidos complejos) puede disminuir extraordinariamente el tiempo de mecanizado de piezas complejas.

Los compuestos anisotrópicos ofrecen una flexibilidad en el diseño de vehículos sin precedentes. Las propiedades de este material permiten que se gradúe exactamente la carga a la que se puede someter una pieza, por lo que el diseñador puede maximizar las ventajas de estos todavía costosos materiales. Los procesos de fabricación de piezas permiten ajustar mucho mas sus tolerancias de lo que lo permite el acero, por lo que las costuras entre piezas pueden ser bastante más delgadas de lo que lo son en los automóviles actuales. La estabilidad de los compuestos (que presentan una alta resistencia a la oxidación y la fatiga), su alta firmeza, menor vibración y menor generación de ruido, los hacen más comerciales y confortables para los automóviles.

Correctamente diseñados, los compuestos avanzados pueden proveer un excelente comportamiento ante los impactos por alcance. Tienen mejores propiedades, incluida la favorable absorción de la energía del choque (alrededor de cinco veces más por kilogramo que la del acero), que los hacen ideales para aplicaciones de seguridad. Por ello, muchos fabricantes de automóviles contemplan actualmente la posibilidad de incluir compuestos avanzados en sus automóviles de acero para hacerlos más seguros.

Las principales desventajas de los compuestos avanzados son el alto costo del material, lo poco familiarizado que está el sector de la automoción con ellos, y sobre todo el hecho que para conseguir bajos precios finales es necesario que el volumen de producción sea similar al del acero. El kilo de fibra de carbono es actualmente entre treinta y cuarenta veces más caro que el de acero, aunque el necesario aumento en la producción permitirá a los fabricantes bajarlo en principio a la mitad y posteriormente hasta una cuarta parte. Aunque el costo de un automóvil producido en masa con materiales compuestos es probablemente comparable más o menos al de un automóvil de acero, lo importante en el futuro inmediato no será el coste de adquisición inicial del vehículo, sino los costos globales a lo largo de su vida útil (de combustible, mantenimiento y conservación).

La creencia de que los compuestos son materiales difícilmente reciclables es debida a los problemas que presenta en la actualidad el reciclado de los envases de plástico, fundamentalmente por ser poco rentable. El caso de los compuestos es diferente, ya que el costo de su materia prima es muy superior. Los compuestos están siendo usados actualmente en la industria aerospacial, y en embarcaciones de altas prestaciones. Los automóviles son inevitablemente los siguientes.

Una de las barreras que tienen los motores actuales para incrementar su eficiencia es la imposibilidad de funcionar a mayores temperaturas por limitaciones propias del acero y los lubricantes. Para las aplicaciones en las que se requiere especial resistencia a

la corrosión, al rozamiento y a las altas temperaturas, (lo cual ocurre en muchas de las piezas de los motores), son más aconsejables los materiales cerámicos. También son materiales especialmente ligeros, que pueden disminuir mucho el peso total de los grupos propulsores. Desde hace tiempo se viene utilizando el nitruro de silicio cerámico en turbinas, turbocompresores y cámaras de combustión de los motores de automóviles, donde soporta temperaturas de hasta 1370º y permiten una mejor eficiencia térmica. La incorporación de materiales cerámicos en motores de combustión interna proporciona una enorme disminución de rozamientos internos, incrementando notablemente la eficiencia. En las cerámicas estructurales se han mejorado notablemente la resistencia mecánica y robustez, presentando ahora mismo módulos de elasticidad elevados. Todavía presentan ciertas desventajas en cuanto a la tendencia a fracturarse por shock térmico, y sobre todo en el costo.

Motores de pila de combustible

Una pila de combustible es un dispositivo cuyo funcionamiento es muy similar al de una batería, diferenciándose en que ni se agota ni se recarga. Mediante un proceso de combustión fría convierte la energía química de un combustible en energía eléctrica útil, además de calor y agua pura, todo ello sin proceso de combustión como paso intermedio. Físicamente también son muy parecidas a las baterías, estando formadas por dos electrodos separados por un electrolito. Generan electricidad mientras se las provea de combustible y oxigeno. Las pilas de combustible pueden utilizar hidrógeno puro de forma directa, o cualquier combustible (gasolina, metanol, metano, hidrógeno, etanol, gas natural, gas licuado (LPG), etc.) que permita obtener gas rico en hidrógeno mediante un proceso interno de reformado.

La electricidad se genera directamente por combinación química, al entrar el hidrógeno en contacto con el oxígeno contenido en el aire que es aspirado del exterior. El hidrógeno se aplica sobre un electrodo, en tanto que el oxígeno se aplica sobre el otro.

Por ionización, el hidrógeno pierde electrones, que circulan por un material conductor en tanto que el hidrógeno circula a través del electrolito hacia el otro electrodo.

Existen diversos tipos de pilas de combustible, que utilizan varias tecnologías, donde varían tanto la configuración, como el electrolito y el combustible utilizado. Las principales son las siguientes:

Ácido fosfórico. Sin duda es el más perfeccionado y extendido, hasta el punto que se comercializa actualmente. Su eficiencia está por encima del 40%, llegando al 80% cuando se aprovecha el calor subyacente. Está siendo usada como planta eléctrica estacionaria en hospitales, aeropuertos, y otras aplicaciones de emergencia, y pronto se espera que esté en uso en autobuses experimentales. Funciona a temperatura moderada

Carbonato Fundido. Este tipo podrá consumir combustibles basados en los hidrocarburos. Presentan muy buena relación consumo / potencia. Funciona a alta temperatura

Membrana de Polímero Sólido. Es el más apropiado para su aplicación en automoción, por su buena relación potencia / volumen y su elasticidad y rápido arranque. Funciona a baja temperatura

Óxido Sólido. También presenta muy buenas perspectivas. Sustituyen el electrolito por un material cerámico, lo que le permite funcionar a muy alta temperatura, y alcanzar una eficiencia inicial próxima al 60%. Próximamente serán incorporadas como unidad de potencia auxiliar en ciertos automóviles en fase de experimentación

Metanol. De momento en fase de desarrollo inicial, están siendo experimentadas por varias firmas privadas

Alcalinas. Utilizan como electrolito hidróxido de potasio y alcanzan una eficiencia próxima al 70%. Vienen siendo utilizadas por la NASA desde hace tiempo aunque su alto costo no ha permitido hasta el momento su comercialización

El reformado de combustibles que contienen carbono genera más emisiones que el uso de hidrógeno puro, que es un tipo de energía renovable. El metanol será el combustible utilizado en un principio, hasta tanto avance suficientemente la tecnología para la obtención rentable del hidrógeno.

Las pilas de combustible están siendo estudiadas para su futura incorporación en los automóviles híbridos ultraligeros. Pueden resultar una excitante APU (Auxiliary Power Unit) por su eficiencia, por sus bajas emisiones (si se utiliza el combustible adecuado), y también por su fiabilidad y duración (no tienen apenas partes móviles). Actualmente su precio es prohibitivamente alto, en parte porque su producción no es masiva. También tienen el inconveniente de no tener infraestructura de repostaje para los combustibles que tiene previsto consumir.

Se espera que tengan un consumo inferior a los motores convencionales, además de producir menos ruido y vibraciones. Actualmente se trabaja en economizar los costes de componentes y producción, y en el sistema de almacenamiento del combustible (no hay que olvidar que el hidrógeno es un elemento altamente reactivo). Actualmente los prototipos en pruebas alcanzan velocidades de 150 km/h con una autonomía de 450 km. En California se espera que entre el año 2000 y el 2003 estén ya rodando en prueba alrededor de 50 vehículos movidos por pilas de combustible.

La tecnología de la pila de combustible ha obtenido significativos avances en los últimos años, y varios fabricantes de automóviles ensayan esta tecnología en la propulsión de automóviles experimentales o como fuente de energía alternativa. No obstante, estos prototipos todavía son excesivamente pesados y extraordinariamente costosos, porque las pilas de combustible todavía son voluminosas, muy pesadas y extraordinariamente caras. En EE.UU, los tres mayores fabricantes de automóviles desarrollan en cooperación con compañías especializadas sus propios automóviles con sistema de pila de combustible. Las expectativas más optimistas calculan que se necesitarán en torno a 15 o 20 años para que estos sistemas sean competitivos.

Ventajas e inconvenientes del automóvil eléctrico movido por baterías (BEV)

La denominación de automóvil eléctrico (BEV) se refiere a un automóvil movido solo por motores eléctricos, alimentados por baterías que deben recargarse conectándolas a la red eléctrica. A pesar del progreso que vienen registrando, tales automóviles todavía no pueden transportar mucho peso, ni ir muy lejos sin necesitar de recargar sus pesadas baterías, que tienen la desventaja ser muy costosas y poco duraderas. Además, mecánicamente vienen a ser tan complejos como los automóviles convencionales.

Debido a que la gasolina y otros combustibles líquidos almacenan mucha más energía útil por kilo que las baterías (casi 100 veces más), estos automóviles no presentan ventajas en los recorridos medios y largos. Un vehículo de baterías eléctricas debe arrastrar media tonelada de baterías bajo el piso. En Suiza, se han conseguido importantes ventajas en esta tecnología y existen más de 2000 automóviles ligeros movidos por baterías eléctricas (un tercio de todos los del mundo). Las últimas carrocerías de dos asientos pesan solo 230 kilos sin sus baterías, y las de cuatro asientos menos de 260 kilos.

El término ZEV aplicado a los BEV es en cualquier caso inapropiado, ya que en realidad las emisiones se desplazan del tubo de escape del vehículo a la planta generadora de electricidad. Si los BEV han alcanzado cierto éxito en sus ventas ha sido porque sus bajas emisiones le han permitido cumplir las regulaciones locales de determinadas ciudades, que además exigen que un 10% del total de ventas corresponda a vehículos ZEV. Ultimamente sus prestaciones han sido bastante mejoradas, por lo que

están ocupando cierto nicho de mercado en algunos ámbitos metropolitanos, aunque difícilmente podrán ser atractivos a amplias capas del público.

El tipo de batería que se espera más prometedor será el de polímero de litio, con una eficiencia cuatro veces superior a la de litio y un costo ligeramente superior.

El vehículo híbrido eléctrico (HEV)

Un vehículo híbrido eléctrico es aquel que para su propulsión utiliza una combinación de dos sistemas, que a su vez consumen fuentes de energía diferentes. Uno de los sistemas es el generador de la energía eléctrica, que consiste en un motor de combustión interna de alta eficiencia, combinado con volantes de inercia, ultracondensadores o baterias eléctricas. El otro sistema está compuesto por la batería eléctrica y los moto-generadores instalados en las ruedas. Existen dos diferentes formas de montar los dos sistemas: la configuración en paralelo y la configuración en serie.

Este tipo de vehículos presenta sobre los tradicionales las siguientes ventajas:

Son capaces de conseguir una eficiencia doble, lo que se consigue por la supresión de la mayor parte de las pérdidas de potencia que se producen en los vehículos tradicionales.

El sistema de frenado tiene a su vez capacidad regenerativa de la potencia absorbida, lo que reduce las perdidas de eficiencia.

El motor se dimensiona solo para una potencia promedio, ya los picos de potencia los proporciona la fuente de energía alternativa. Esto además permite que el motor funcione siempre en su punto óptimo o muy cerca de él. Por ello su eficiencia resulta doblada, pudiéndose aligerar el peso y volumen hasta en un 90%.

El motor puede desactivarse durante la marcha cuando no se necesita

La eficiencia del combustible se incrementa notablemente, lo que se traduce en reducción de las emisiones.

Los diseñadores de automóviles híbridos pretenden conseguir estas ventajas sin que se produzcan pérdidas sustanciales tanto en el rendimiento del vehículo, como en su autonomía y seguridad.

El sistema de tracción híbrido-eléctrico supone un profundo cambio en relación con los automóviles actuales. El sistema de tracción de un automóvil convencional consiste en un motor de combustión interna mecánicamente acoplado al tren motriz mediante un embrague, una caja de cambios y un diferencial con sus juntas homocinéticas. La

eficiencia de este sistema de tracción se ve perjudicada, además de por su peso, porque el motor debe proveer una potencia variable.

La máxima eficiencia de un motor se obtiene en unas determinadas condiciones de funcionamiento, con una carga y una velocidad de giro fijas. Cuando una de estas o las dos varía, este rendimiento baja sensiblemente. Como quiera que en un recorrido convencional las condiciones de velocidad y carga de un vehículo deben variar necesariamente, es necesario sobredimensionar ampliamente el motor, para que sea capaz de responder a estos cambios sin que disminuyan drásticamente las prestaciones.

La eficiencia del sistema de tracción convencional puede mejorarse notablemente incorporando un sistema híbrido – eléctrico, muy parecido al que incorporan los vehículos eléctricos, impulsados por baterías que mueven sus motores eléctricos, pero con la diferencia de que este sistema incorpora un pequeño APU (del inglés Auxiliary Power Unit) que es un motor de combustión interna u otro dispositivo auxiliar cuya función es generar la electricidad para alimentar estas baterías de forma eficiente. Con esta configuración se obtienen grandes ventajas sobre el vehículo eléctrico, como son:

Incremento de autonomía, ya que esta depende del combustible almacenado en el tanque

Alto y uniforme rendimiento incluso a bajas temperaturas

La unidad auxiliar no funciona continuamente, ya que se desactiva automáticamente cuando no es necesaria

Se elimina la necesidad de recargar las baterías cuando estas se agotan

El motor de combustión interna funciona bajo un estrecho margen de carga y velocidad, lo que incrementa su eficiencia

Este sistema de propulsión pesa alrededor de una cuarta parte como mucho de lo que pesa un vehículo de baterías eléctricas, que debe arrastrar media tonelada de baterías bajo el piso.

Los vehículos híbridos ofrecen así las ventajas de la propulsión eléctrica sin las desventajas de las baterías.

Cuando se requiere potencia extra, esta puede ser proveída por una pequeño buffer eléctrico o dispositivo de nivelación de cargas (en inglés Load-Leveling Device). El motor puede acoplarse directamente a las ruedas, como en un automóvil actual, o conectarse al generador que produce la electricidad que alimenta los motores eléctricos, que por separado se conectan a las ruedas. El primer caso se denomina paralelo híbrido porque tanto el APU como los motores eléctricos se conectan simultáneamente a las ruedas. El

segundo caso se denomina híbrido en serie porque la APU, el motor y las ruedas están conectados en serie (la APU produce la electricidad para el o los motores y mantiene el LLD cargado, y estos de forma sincronizada mueven las ruedas, sin que el motor tenga conexión mecánica con estas.

Otra ventaja de los híbridos es que pueden recuperar parte de la energía cinética del vehículo que ahora acaba derrochándose en los procesos de frenado, reducción o descenso de pendientes, transformándose en calor inútil, o lo que es peor, perjudicial, como ocurre en los frenos. Cuando se pisa el freno, este actúa como un generador, convirtiendo el momento de inercia en corriente eléctrica que recarga las baterías. En el caso de motogeneradores instalados en las ruedas, a la vez que las propulsan, recuperan parte de la energía del frenado (entre un 50% - 70%), transformándola de nuevo en electricidad, o almacenándola en un "supervolante" fabricado en fibra de carbono. Este dispositivo permite el uso inmediato de esta energía recuperada, al ser aplicada en la aceleración o subida de cuestas, y se está demostrando muy provechoso en la conducción por ciudad.

Actualmente muchos fabricantes de automóviles tienen en marcha su propio diseño de vehículo híbrido eléctrico. En suiza se han construido vehículos híbridos experimentales con un peso inferior a los 340 kg. Honda será uno de los primeros fabricantes en poner a la venta vehículos híbridos. Lo hará en el mercado norteamericano en el año 1999, con un vehículo dotado de una unidad híbrida, con componentes del bastidor, suspensión y paneles en plástico y aluminio, y aerodinámica mejorada. Su consumo se situará en menos de 3.4l / 100 km. en recorrido mixto carretera-ciudad. El tren de potencia híbrido será la última versión del tipo IMA (Integrated Motor Assist), empleando un motor VTEC muy aligerado, de combustión pobre y sistema de inyección directa de 1 litro de desplazamiento y 3 cilindros, en combinación con un cambio manual de cinco velocidades, con un moto-generador sin escobillas y un pack de baterías que conjuntamente mejorarán la eficiencia y prestaciones del motor de gasolina. Otra variante estará equipada con una transmisión continuamente variable (CVT) que ayuda a mantener tanto al motor como al moto-generador eléctrico en sus velocidades de rotación más ventajosas, además de ultracondensadores ligeros y de larga duración. Los aspectos relativos a la seguridad, equipamiento, servos, etc., estarán a la altura de los automóviles de gama alta.

La unidad de gestión de potencia (PDU) es un dispositivo electrónico integrado que controla la operación de los moto-generadores y el ultracondensador.

Un ultracondesador es un dispositivo que almacena la energía eléctrica que se requiere para operar el motor eléctrico auxiliar. Un condensador está constituido básicamente por dos capas simétricas de metal conectadas en paralelo a un circuito eléctrico, y provee el flujo bidireccional de altas intensidades eléctricas asociadas a los

procesos de generación y recuperación de potencia, con la ventaja añadida de su larga duración.

El dispositivo de par motor asistido ayuda a minimizar las grandes variaciones de par que se producen en el motor de combustión interna de cuatro tiempos, justo en las tres fases que no producen par positivo (admisión, compresión y escape). En estas fases se produce automáticamente la asistencia por motor eléctrico, que consumiendo una limitada cantidad de potencia eléctrica, anula las perjudiciales variaciones de par.

El automóvil ultraligero

En los últimos 20 años, las emisiones contaminantes de los automóviles solo han conseguido reducirse en 1/10 parte. Afortunadamente, nuevas normativas en la Unión Europea obligaran a los automóviles que sean comercializados en el año 2005 a ser un 70% más ecológicos que los modelos actuales. Y es que las continuas mejoras en motores y grupos propulsores de los últimos años no han conseguido bajar del 80% la cantidad de energía liberada del combustible que se desperdicia en un automóvil. Para empeorar las cosas casi toda esta energía útil resultante se emplea en arrastrar la masa del vehículo, porque la energía que se emplea en desplazar a cada ocupante es tan solo el 2%.

La causa fundamental de este absurdo derroche es el enorme peso de los automóviles actuales, construidos principalmente de acero y plásticos pesados, y dotados de complejos grupos propulsores, cuyo peso generalmente supone más del 25% del total. La media de ocupación de los vehículos es actualmente de menos de 2 personas, resultando que por cada ocupante desplazado se debe desplazar además una masa de vehículo cinco veces superior.

Generalmente solo 1/5 parte de la potencia total del motor sería necesaria para moverlo con soltura en carretera, y solo 1/20 parte para moverlo en ciudad. El enorme sobredimensionamiento de los motores disminuye la eficiencia final y es el causante de buena parte de la contaminación en las ciudades. Parte de la culpa de que esto sea así la tienen los fabricantes, que hasta ahora han prestado poca atención a la mejora de la

eficiencia general de los vehículos. El resultado ha sido que las pobres mejoras en eficiencia de los motores han sido neutralizadas, invirtiéndose en hacerlos más potentes y en incorporar más equipos auxiliares de dudosa conveniencia.

La potencia aplicada a las ruedas se pierde por tres vías, y en forma de calor liberado al aire. Alrededor de 1/3 se desperdicia calentando los frenos en las frecuentes paradas o deceleraciones, o el grupo propulsor en la bajada de pendientes y reducciones. Otra tercera parte calienta el aire desplazado por el automóvil en su avance, circulando a velocidad de carretera. La tercera parte restante calienta los neumáticos y el piso de la carretera. La disminución en los requerimientos de energía en las ruedas (final) permite también disminuir notablemente la potencia para la que se diseña el motor (principio), porque por cada unidad de potencia que necesitemos en las ruedas debemos dimensionar el motor para que genere hasta siete veces más potencia.

Para diseñar automóviles con buena eficiencia, además de eliminarse estas tres vías de pérdida de potencia, debe disminuirse sensiblemente el peso de su estructura, mejorarse su coeficiente aerodinámico, y simplificar y aligerar el grupo propulsor, que además debe ser capaz de recuperar la mayor parte de la energía que ahora se desperdicia en el frenado o bajada de pendientes. Un diseño de estas características convertiría al automóvil convencional en un ultraligero.

Tal diseño debería:

Disminuir el peso total en más de un 50% sustituyendo el acero de la estructura, motor y otras piezas del vehículo por materiales avanzados, principalmente compuestos sintéticos y cerámicos, que además permitirán fortalecer la estructura e incrementar la seguridad.

Gestionar mejor el espacio, compactando el diseño para aumentar el volumen interior a la vez que se disminuye el exterior para finalmente conseguir mejorar el coeficiente aerodinámico en más de un 50%.

Disminuir las pérdidas neumático / firme actuales en más de un 50% principalmente aligerando peso, mejorando sus características y creando firmes que disminuyan la resistencia a la rueda sin pérdida de adherencia.

Una vez eliminadas la mayor parte de las pérdidas de energía no recuperables con estas modificaciones, deben rebajarse las perdidas de energía que se ocasionan en las deceleraciones, reducciones y paradas del vehículo. Una buena idea puede ser recuperar parte de esa energía dotando a cada rueda de un freno/generador que en cada frenado convierta la energía de la inercia del vehículo en electricidad o movimiento almacenado, que pueda ser aprovechado inmediatamente después. Para este fin son útiles tanto las nuevas baterías y los ultracondensadores, como los volantes de inercia.

En los automóviles de hoy, los accesorios (dirección asistida, calefacción, aire acondicionado, ventilación, iluminación, y los sistemas de entretenimiento) consumen casi 1/10 parte de la potencia entregada por el motor. Un vehículo ultraligero necesitaría en total quizás un poco más de esta potencia, porque cuando no suprime, integra estos accesorios y disminuye drásticamente su consumo. Los ultraligeros serán menos complejos, por lo que se conducirán mucho más fácilmente que los automóviles actuales, sin necesitar servos.

El cableado de un vehículo medio puede llegar a medir más de 2.5 Km y a pesar más de 50 kg. Los nuevos sistemas de iluminación y señalización electrónicos son capaces de proporcionar mayor luminosidad con solo un tercio de la energía que actualmente consumen, ahorrando además peso por utilizar fibra óptica para conducir la

luz de una pequeña lámpara hacia todos los pilotos del vehículo. El aire acondicionado necesitaría quizás solo 1/10 parte de la energía que consume en la actualidad. Para ello habría que equipar a estos nuevos vehículos con rellenos aislantes, dobles techos ventilados y dotados de placas solares que generen energía eléctrica, ventanas refractantes al calor, y ventiladores y sistemas de refrigeración innovadores que aprovechen energías subyacentes en el vehículo.

Pero sin lugar a dudas los ahorros más importantes se obtendrán por la reducción de peso. A mediados de los años 80 muchos fabricantes de automóviles probaron diseños de automóviles que con un peso de tan solo 400 kg. (el promedio actual es 1300 kilos) y movidos por motores convencionales, eran capaces de transportar cuatro o cinco pasajeros. Tenían de dos a cuatro veces la eficiencia hoy promedio en los nuevos automóviles. Estaban construidos en su mayor parte con metales ligeros como el aluminio y magnesio, y con plásticos también ligeros. Con los materiales compuestos modernos la reducción de peso será mucho más importante.

Buena parte de la peligrosidad actual de los automóviles viene provocada por su enorme peso y por las cada vez mayores velocidades a las que circulan. La enorme cantidad de energía necesaria para acelerarlos hasta esas velocidades se convierte en una fuente de peligro en los cambios bruscos de velocidad o trayectoria, y es frecuentemente fatal en los impactos frontales. Las pruebas de choque demuestran que los vehículos ultraligeros pueden ser tanto o más seguros que los automóviles de acero actuales, aunque choquen frontalmente con un vehículo convencional a alta velocidad. Esto es así debido a que los compuestos han demostrado ser extraordinariamente fuertes y resistentes, tanto que pueden absorber mucha más energía por kilo que el metal. Los materiales empleados y el diseño son mucho más importantes para la seguridad que la simple masa. Una estructura hueca de 4 kilos de peso y hecha con fibra de carbono, puede absorber toda la energía del impacto de un automóvil de 500 kg. a 80 km./h).

En 1991, la General Motors fabricó un automóvil ultraligero, el modelo Ultralite con capacidad para cuatro personas, buena amplitud interior y reducidas dimensiones exteriores. Este modelo es tan seguro y limpio como cualquier automóvil actual. Con un motor de tan solo 111 caballos de potencia, 560 Kg de peso y bajos aerodinámicos, (ambos por debajo de la mitad de lo normal), alcanza una velocidad máxima de 215 Km/h y una aceleración de 0 a 90 en 7.8 segundos. El Ultralite es por encima de cuatro veces más eficiente que un vehículo actual de similares prestaciones. A una velocidad de 80 Km/h consume 2.3 litros cada 100 Km, necesitando un quinto de la potencia requerida normalmente. Cuando se le instala una unidad híbrida, llega a ser hasta seis veces más eficiente que los automóviles actuales.

En abril de 1998 el fabricante japonés Honda ha presentado su modelo Civic GX, del que asegura que emite tan solo una décima parte de las emisiones de hidrocarburos permitidos por la norma de vehículos de emisiones ultra bajas. También asegura reducir las emisiones de CO2 (gas causante del efecto invernadero) en un 20%, con unos consumos realmente ajustados.

En Florida (EE.UU.) se han ensayado furgones fabricados con compuestos que pesan menos cargados que los actuales furgones de acero vacíos. Otras firmas están experimentando diseños de camiones de gran capacidad fabricados con nuevos compuestos que proporcionan una eficiencia doble que los construidos con carrocerías convencionales, eficiencia que podría redoblarse con vehículos híbridos.

Los vehículos ultraligeros podrían llegar a ser competitivos aún consumiendo combustibles ecológicos alternativos, ya que la fuerte reducción en el consumo (1/10 parte de los vehículos actuales) hará que el costo de estos combustibles sea mucho menos disuasivo de lo que lo es en la actualidad.

En la ciudad de Los de Angeles (EE.UU) se ha conseguido bajar la contaminación, con la puesta en servicio de los llamados vehículos de emisión cero. Recientemente, la "California Air Resources Board (CARB) reafirmó una conflictiva disposición de 1990 - que algunos otros estados estudian adoptar también - para que el 10% de los automóviles nuevos vendidos hasta el 2003 cumplan con las especificaciones ZEV (Zero Emission Vehicle). En un principio se intentó imponer que este porcentaje correspondiera solo a automóviles propulsados con batería eléctrica, pero dado el interés despertado por los vehículos ultraligeros, los responsables del CARB han incluido en la definición del ZEV a todos los vehículos que sean sensiblemente más limpios que los actuales. Este cambio en la normativa podría dar un gran impulso a los constructores de vehículos ultraligeros y hacer disminuir la contaminación de las ciudades notablemente. Por esto, los vehículos ultraligeros serán finalmente un logro forzado por las normas impuestas por la administración para direccionar el enorme potencial de la industria automovilística. Sin lugar a dudas las normas ZEV de California han sido las que han dado el espaldarazo definitivo a la tecnología de la propulsión eléctrica, embrión que hoy se ha convertido en el vehículo ultraligero.

La combinación sinérgica híbrido – ultraligero

Un vehículo híbrido ultraligero se diseña combinando una importante reducción en el peso y en la resistencia aerodinámica, con un sistema de propulsión híbrido-eléctrico, además de otras propiedades que le permiten conseguir una muy alta eficiencia con muy bajas emisiones. Este tipo de vehículos, actualmente en fase de diseño y experimentación, serán lanzados al mercado en pocos años.

El consumo de combustible de un automóvil actual puede ser disminuido sensiblemente mejorando el coeficiente aerodinámico y la resistencia a la rodadura de los neumáticos, reduciendo tanto el propio peso como las perdidas generadas en el grupo propulsor (embrague, caja de cambios, diferencial, juntas homocinéticas), la energía que se desperdicia en el frenado, así como el consumo cada vez mayor de los equipos auxiliares.

Aunque en los automóviles actuales se ha conseguido un buen diseño aerodinámico, este puede ser aún bastante mejorado, fundamentalmente alisando los

bajos, aunque también se puede actuar en las tomas de aire, marcos de ventanas y parabrisas, la parte trasera, la suspensión y los cubos de las ruedas. La mayor parte de la reducción del arrastre de aire podrá conseguirse haciendo que el diseño del automóvil sea globalmente aerodinámico (como una aeronave). Prototipos en experimentación han conseguido ya mejorar el coeficiente aerodinámico en un 25%. A la vez, los nuevos materiales compuestos conseguirán aligerar, simplificar, y robustecer notablemente los chasis de los automóviles. En un automóvil ligero es posible montar un grupo propulsor también ligero. Con los nuevos compuestos de fibra es posible que una chapa sea más fuerte y sin embargo más delgada; lo que permite aumentar el volumen interior (útil) de un automóvil, y sin embargo disminuir el exterior (aerodinámicamente perjudicial). Una menor superficie frontal combinada con un perfil más alisado permitirá cortar mejor el aire. Todo ello hará posible disminuir hasta un tercio la resistencia aerodinámica de los automóviles actuales.

La resistencia a la rodadura calienta inútilmente tanto el neumático como la carretera. Depende esencialmente del peso del automóvil y del tipo y dimensiones de los neumáticos. También se ve afectada por la resistencia pasiva de los frenos, y por la fricción interna en los rodamientos. Además de reducir el peso total del vehículo, hoy por hoy es posible montar neumáticos más eficientes, rodamientos de menor fricción y frenos sin resistencia pasiva. Desde la década de los 70 hasta hoy los neumáticos radiales han reducido a la mitad la energía derrochada en resistencia a la rodadura. En los híbridos ultraligeros se espera reducir más de un 50% la resistencia actual.

Suprimiendo 100 kilos de peso en la estructura del automóvil, podremos reducir finalmente una masa total de 150 kilos en todo el vehículo, porque entonces tanto su suspensión, como grupo propulsor pueden ser más ligeros. En un ultraligero, dado su diseño simple e integrado, puede quintuplicarse esta reducción, teniendo en cuenta que no necesita ya los servos, el sistema de refrigeración, y muchos de los engranajes y sistemas ahora normales. La tecnología necesaria para capturar estas sinérgias ya existe. Actualmente los constructores cuidan muy poco la carga que supone tanto el grupo propulsor como los accesorios. En los automóviles actuales, los enormes y mastodónticos grupos propulsores todavía suponen por encima del 25% del peso total del vehículo. Esto es debido al poco empeño que se pone en su rediseño y simplificación. El enorme complejo de acoplamientos, engranajes y juntas homocinéticas suponen una sustancial perdida de rendimiento, además de contribuir notablemente al sobrepeso del vehículo. Idear y construir motores y grupos simplificados, un 50% más ligeros y más eficientes es otro desafío en los híbridos ultraligeros.

Ciertos accesorios como los climatizadores, servos, calentadores, iluminación, etc. consumen una parte importante de la potencia generada por el motor. Dados los bajos requerimientos de potencia que tendrán los híbridos ultraligeros, este tipo de cargas pueden ser una parte importante de la potencia total requerida. Se ha demostrado que estos dispositivos pueden funcionar satisfactoriamente con tan solo ¼ parte de su consumo actual, usando tecnologías hoy disponibles y procediendo a su total integración

Lejos de rediseñar uno por uno de estos dispositivos, en el híbrido ultraligero debe implantarse un concepto totalmente revolucionario en el diseño del vehículo, en el que se combinen las piezas en materiales ultraligeros (compuestos de fibra y cerámicos), el diseño aerodinámico global, una propulsión simplificada híbrido-eléctrica, neumáticos más estrechos y de baja resistencia a la rodadura, y la integración de accesorios eficientes. Con todas estas características será posible lograr una importante sinergia que multiplique el ahorro de combustible y suprima las desventajas individuales.

Sustituyendo el grupo propulsor de un automóvil ordinario por una unidad híbrida eléctrica se aumenta su eficiencia entre un 30% y un 50%. Transformando un automóvil

ordinario en ultraligero, se dobla aproximadamente su eficiencia. Combinando ambas tecnologías será posible aumentar su eficiencia hasta aproximadamente diez veces. Como en un ultraligero se suprimen muchos pesos compuestos, necesita mucha menos energía para su desplazamiento, y pierde muy poca energía irrecuperable en la fricción con el aire y la carretera. Además, la unidad híbrido-eléctrica se encarga de recuperar la mayor parte de la energía de su inercia en el frenado.

Realizando ligeras modificaciones en los pequeños motores de gasolina que se montan en embarcaciones fuera borda o scuters se ha llegado a mejorar su eficiencia en más de un 30 por ciento. En los Diesel se ha conseguido aumentar esta eficiencia en un 40%-50% (56% en pruebas experimentales de laboratorio). Tecnologías emergentes en nuevos y revolucionarios motores de combustión interna deben elevar esta eficiencia radicalmente.

Los híbridos ultraligeros cuentan con las ventajas de los automóviles eléctricos movidos por baterias, pero sin tener que arrastrar el lastre que suponen los pesados y costosos paquetes de baterías, de corta autonomía y escasa vida útil. Actualmente varios fabricantes de automóviles y diseñadores independientes han construido ya automóviles experimentales que son ultraligeros o híbrido–eléctricos, pero muy pocas veces una combinación sinérgica de ambos. Los escasos ensayos realizados con prototipos híbridos ultraligeros han demostrado que podrán ser competitivos con los automóviles convencionales tanto en precio como en prestaciones, si son fabricados en grandes series.

En un futuro próximo con seguridad estos vehículos estarán comprendidos dentro de los del tipo ZEV (Zero Emission Vehicle), por lo que se espera que su potencial de ventas sea extraordinario.

3.- COMPOSITES. HERRAMIENTAS DE DISEÑO. HERRAMIENTAS INFORMÁTICAS PARA EL DISEÑO AVANZADO DE COMPOSITES En el mercado existe gran número de herramientas informáticas de simulación encaminadas y orientadas al diseño mecánico, que pueden ser empleadas para el análisis del comportamiento de los mecanismos que estemos diseñando con los composites. Muchos de estos programas están basados en el método de los elementos finitos, e incluso se pueden emplear en aplicaciones muy diferentes al tema que estamos tratando. Permiten variar las características de los prototipos para buscar el de mejor comportamiento y reducir así el número de ensayos prácticos, que son mucho más costosos y complicados. Además disponen de gran cantidad de herramientas para simplificar modelizaciones complicadas, permiten análisis estáticos o dinámicos, etc. Como no es momento de analizar ninguno de ello en particular simplemente vamos a ver algún gráfico correspondiente a uno cualquiera de estos programas, y posteriormente pasaremos a un ejemplo:

DACBeams / Grids

EJEMPLO PRÁCTICO DE APLICACIÓN: DISEÑO Y ESTUDIO DE ABSORCIÓN DE CHOQUE EN APLICACIONES DE AUTOMOCIÓN (Área de transportes de la Universidad de Zaragoza) OBJETIVOS Diseño y análisis de absorciones de choque para aplicaciones de automoción. Se realiza el estudio mediante simulación numérica por el método de los elementos finitos. Se realizan dos tipos de diseño: diseño estático, para el desarrollo de la estructura soporte, y el diseño dinámico para el desarrollo de los elementos de absorción (con deformación irreversible). MATERIALES Deformación reversible:

El elemento de goma. Deformación irreversible:

Tubos metálicos. Tubos de composites de fibras continuas reforzadas

Comportamiento del metal: aparece comportamiento plástico en las zonas con altas tensiones. Comportamiento de los composites: la respuesta depende de la interacción entre los mecanismos que controlan el proceso de deformación. La deformación progresiva se evita a veces cuando ocurre el fallo. ESTRUCTURA DE SOPORTE La estructura de soporte se ha diseñado y calculado de acuerdo a los requerimientos particulares. El soporte principal se une a la estructura por medio de articulaciones bloqueadas, y dispone de un mecanismo para recibir cargas provenientes del parachoques, y un anillo rígido, por si se usa como mecanismo de remolque. Se diseñó con la restricción de un ángulo de ataque de la carga de 70º. Se han obtenido buenos resultados en términos de anchura y grosor. Todos los requerimientos se satisficieron por el prototipo. Además el también se chequeó el diseño en términos de la carga tensil; las tensiones y desplazamientos que se obtuvieron resultaron totalmente aceptables.

1,3,6: Estructura soporte. Tubos y piezas de acero. 2: Tubo de Composite. Absorbe energía durante la transformación irreversible. 4: Mecanismo antifricción. Permite el desplazamiento entre tubos. 5: Elemento de goma. Absorbe energía durante la transformación reversible. 7,8,9 Transmisores de carga El comportamiento de rotura del composite se ha simulado con un simulador de elementosd finitos. El tubo que compone el mecanismo de absorción de choques se simuló numéricamente, y se testeó con tubos de fibra reforzada de iguales dimensiones. Los resultados muestran que la desviación entre lo obtenido numéricamente y lo experimental es insignificante. Entonces este comportamiento modelizado se aplicó a la simulación del mecanismo de absorción de choques completo.

CONCLUSIONS El desarrollo del método de cálculo mostrado presenta una buena concordancia entre los resultados teóricos y los experimentales. La simulación teórica ayuda a reducir el número de análisis experimentales. Los materiales compuestos (composites) demuestran ser válidos para ser usados en mecanismos de absorción de choques, debido a su comportamiento estable en rotura. Se ha conseguido un diseño competitivo debido a su buen comportamiento y a su facilidad de manipulación. La reducción del peso y el bajo coste son dos de las principales características.

4.- BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA (1) INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO. INNOVACIONES. (2) Manufacturing processes and systems / Phillip F. Ostwald, Jairo Muñoz. John Wiley & Sons, cop. 1997 (3) Advanced tolerancing techniques / Hong-Chao Zhang. Wiley & Sons, cop. 1997 (4) TRANSPORTE. Números 225-231 DIRECCIONES DE INTERNET (5) http://www.messe-duesseldorf.de/en/1999/metec/index.html (Feria internacional de Dusseldorf) (6) http://www.geocities.com/CapeCanaveral/2542/secsp.html (Nuevas tecnologías en automoción) (7)http://www.ole.es/Paginas/Ciencias/Ciencias_Tecnol@ogicas/Ciencias_de_los_Materiales/ (Ciencia de materiales) (8) http://onso.cps.unizar.es/ (Composites y Elementos Finitos: Universidad de Zaragoza)