Los motores de plástico podrían ayudar a los automóviles a aligerarse

Jul 25, 2023

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Por Don Sherman

CUANDO el avión comercial Boeing 787 entre en servicio comercial el próximo año, los viajeros serán transportados en alas y fuselajes hechos de plásticos compuestos avanzados.

Esto plantea una pregunta lógica: si los plásticos modernos son lo suficientemente resistentes para aviones de 600 millas por hora, ¿por qué los motores de los automóviles todavía se fabrican vertiendo metal fundido en moldes, un proceso de 6000 años de antigüedad?

Esa inequidad irrita especialmente a Matti Holtzberg, un ingeniero de Nueva Jersey que ha pasado 30 años tratando de hacer que los motores de hierro y aluminio sigan el camino del mamut lanudo. Los motores de plástico que diseñó y construyó en la década de 1980 demostraron ser lo suficientemente resistentes como para competir en los deportes de motor profesionales.

Pero Holtzberg no logró persuadir a los fabricantes de automóviles de que los beneficios (ahorros importantes en peso y costos) valían la pena el riesgo. Entonces, al igual que la batería de larga duración y la celda de combustible de hidrógeno lista para el camino de entrada, los motores de plástico están más allá de la realización.

Lo que mantiene a Holtzberg en marcha es el aliado ocasional que convierte a su forma de pensar. Recientemente, formó una sociedad estratégica con Huntsman Corporation of Houston, una empresa química mundial con 12 000 empleados e ingresos anuales de $10 000 millones. El historial comprobado de Huntsman como proveedor de la industria automotriz puede brindar la influencia necesaria para sacar los motores de plástico del laboratorio y llevarlos a los terrenos de prueba donde los ingenieros automotrices están buscando formas de cumplir con la próxima ronda de objetivos de economía de combustible.

El Sr. Holtzberg no es el primer pionero que se siente frustrado en un intento de llevar los plásticos a la corriente principal. Henry Ford fue uno de los primeros defensores de los plásticos y encargó proyectos para explorar materiales alternativos para carrocerías de automóviles en una era en la que el acero escaseaba debido a la preparación militar para la Segunda Guerra Mundial. Y tomó la iniciativa en la promoción del concepto: en 1941, golpeó su automóvil personal con un hacha para demostrar la dureza de una tapa de baúl de plástico experimental.

Durante años, los automóviles Ford habían estado equipados con botones de bocina, perillas de cambios, manijas de puertas y engranajes de sincronización de plástico moldeados con harina de soya. Ford se sintió atraído por el plástico por su ahorro de costos y peso, así como por su resistencia a la corrosión.

Seis años después de la muerte de Henry Ford, su sueño finalmente se hizo realidad. El primero de más de 1,5 millones de Chevrolet Corvettes con paneles de carrocería de fibra de vidrio comenzó a salir de las líneas de montaje de General Motors en 1953.

Desde entonces, los automóviles se han beneficiado de un contenido de plástico en constante aumento. El vehículo típico fabricado en América del Norte ahora contiene más de 300 libras del material, según el Departamento de Energía, lo que lo convierte en el segundo tipo de material más grande después del acero. Pero los principales componentes estructurales del tren motriz (bloques de motor y culatas, cajas de transmisión y carcasas de eje) siguen siendo piezas de fundición de hierro o aluminio debido al calor y la tensión que deben soportar.

Los esfuerzos del Sr. Holtzberg para cambiar eso se remontan al menos a 1969. Al leer un artículo de una revista en la biblioteca pública de Hackensack, NJ, se enteró de un nuevo plástico que se dice que es lo suficientemente resistente para soportar las duras condiciones dentro de los motores. Obtuvo una muestra, hizo un pistón con ella y la instaló en el motor del Austin Mini de un amigo.

El pistón de plástico duró 20 minutos.

El Sr. Holtzberg siguió adelante. Durante la década de 1970, fabricó y vendió pistones de plástico, ahora con coronas de aluminio para soportar las temperaturas de combustión, y bielas de plástico para motores de carrera. En el '79, fundó Polimotor (el nombre es la abreviatura de motor de polímero) para desarrollar motores de uso intensivo de plástico.

El primer Polimotor, un clon del Ford Pinto de 2.3 litros y 4 cilindros, usaba plástico para el bloque, las faldas de los pistones, las bielas, el cárter de aceite y la mayor parte de la culata. Las superficies de los orificios, las coronas de los pistones y los revestimientos de las cámaras de combustión eran de hierro o aluminio. El cigüeñal y el árbol de levas eran componentes metálicos estándar.

Poco después de que el primer motor del Sr. Holtzberg funcionara con éxito, un artículo en Automotive Industries, una revista especializada, preguntaba: "¿Qué... un motor de plástico?" Dos años después, Popular Science presentó un Polimotor en su portada. Para entonces, el Sr. Holtzberg había progresado a un diseño de segunda generación de 300 caballos de fuerza que pesaba 152 libras; un motor Pinto de serie generaba 88 caballos de fuerza y ​​​​pesaba 415 libras.

Para demostrar que su motor de plástico era duradero, el Sr. Holtzberg hizo campaña con un auto de carreras Lola en la serie Camel Lights de la Asociación Internacional de Deportes de Motor. Amoco Chemical brindó respaldo financiero para promocionar su resina plástica Torlon. El único percance durante media docena de carreras de 1984 y 1985 fue la falla de una biela, una pieza comprada a un proveedor externo.

A pesar de sus éxitos, Holtzberg despertó poca atención. "Ford estaba técnicamente interesado", recordó. "El artículo de Popular Science les dio mucha publicidad gratuita, pero en realidad no aportaron nada al proyecto Polimotor".

El Sr. Holtzberg perseveró con los plásticos más adecuados para la producción en masa. En 1986, cambió su enfoque a la resina fenólica, el mismo material que usó Henry Ford para unir las fibras de soya en la carrocería de su automóvil experimental. El Sr. Holtzberg aún posee patentes que cubren formulaciones de polímeros y técnicas para moldear resina reforzada con fibra de vidrio en el tipo de moldes de uso generalizado. Él ve su tecnología de fundición compuesta como el siguiente paso lógico en la evolución del automóvil, desde la madera, el hierro y el acero hasta el aluminio, el magnesio y los plásticos avanzados. Huntsman suministrará la resina epoxi y ayudará en los esfuerzos de ingeniería y marketing.

Holtzberg dijo que sus materiales podrían reducir el peso de un motor de aluminio entre un 30 y un 35 por ciento, pero ese no es su único atractivo.

"Después de 25 años de esfuerzo, las principales fundiciones finalmente preguntan sobre mi proceso", dijo. "Siendo testigos de la desaparición de la fabricación de acero y la fundición de hierro en Estados Unidos, y experimentando la pérdida de una parte significativa de su negocio en Asia e India, están interesados ​​en procesos de fundición avanzados que pueden reducir los costos de materiales y mecanizado".

Diecisiete licenciatarios están utilizando el enfoque del Sr. Holtzberg para fabricar componentes de creación rápida de prototipos. Ed Graham, gerente de ingeniería de ProtoCam en Northampton, Pensilvania, dijo que su empresa había utilizado la tecnología del Sr. Holtzberg para fabricar piezas de motores durante tres años. "El material fenólico termoestable es fuerte y tiene una excelente resistencia al calor", dijo. "El proceso es rápido y las piezas van directamente a los motores y transmisiones experimentales".

James Huntsman, vicepresidente de la división de materiales avanzados de Huntsman Corporation, espera que el éxito logrado en los prototipos de piezas de plástico compuesto despierte el interés en las aplicaciones de producción de bajo volumen. "Nos damos cuenta de que reemplazar los procesos probados es un desafío largo y difícil", dijo. "Estamos convencidos de que es el momento adecuado para un motor compuesto".

Por supuesto, hay escépticos.

"Mientras que la mitad de las ruedas de aluminio para automóviles ahora provienen de China, las fundiciones que suministran las principales piezas fundidas de trenes de potencia de aluminio son cautivas", dijo Richard A. Schultz, consultor de Ducker Worldwide, utilizando el término de la industria para las operaciones propiedad de los fabricantes de automóviles. "El consumo de energía no es un problema, su chatarra de aluminio se recicla fácilmente y el tiempo de ciclo con el plástico seguramente sería más largo".

Jay Baron, presidente y director ejecutivo del Center for Automotive Research en Ann Arbor, Michigan, señaló que la industria automotriz tiene una firme aversión al riesgo. “No van a fabricar miles de vehículos con motores que puedan fallar en servicio”, dijo. "Dado que las piezas fundidas de plástico para motores están fuera del negocio principal de cualquier empresa de automóviles, todos los problemas de costos, procesamiento y durabilidad tendrían que resolverse en la base de suministro".

Antes de que la combustión interna sea finalmente reemplazada por la propulsión eléctrica, queda tiempo para algunos avances tecnológicos más. El Sr. Holtzberg y sus socios de Huntsman están apostando a que los motores compuestos de plástico son los mejores.

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