MATERIALES UTILIZADOS EN EL VEHÍCULO, SU FABRICACIÓN E HISTORIA

El acero es el material por excelencia utilizado para la construcción de las carrocerías de los automóviles, pero bajo la denominación de acero hay diferentes calidades con características muy particulares que propician su utilización según la aplicación. Las necesidades de reducir los consumos de combustible de los vehículos y las cada vez más estrictas directivas medioambientales han llevado al sector de la carrocería a una especie de obsesión por reducir el peso de los vehículos, aunque en ocasiones el ahorro de peso se ve contrarestado por el incremento en equipamiento tecnológico, más o menos superfluo, pero más valorado por los usuarios. Si bien durante la década de los 90 se produjo un incremento de la utilización del acero en la construcción de vehículos, en los últimos años, se ha producido un pequeño descenso, dando paso a otros materiales, especialmente a los plásticos y al aluminio.

El acero presenta unas ventajas para el mecanizado y conformación que no presentan otros materiales. Su disponibilidad y su precio, sin considerar los últimos incrementos que está sufriendo, le hacen muy competitivo, por ello está el primero en la lista de utilización de los constructores. Partiendo de esta premisa, de la utilización del acero, la única forma de reducir el peso de una carrocería es reduciendo la cantidad de acero utilizado, y esto tan sólo se puede hacer de dos formas: minimizando el tamaño de las piezas de la carrocería elaboradas con este material, y reduciendo el espesor de chapa empleada. En el primer caso, vemos como los paragolpes, rejillas o guarnecidos van cubriendo cada vez más superficie, tanto en el exterior como en el interior, dejando la utilización del acero únicamente para los elementos o piezas estructurales.

La reducción del espesor de la chapa utilizada es la forma más segura y previsible

de ahorrar peso. Una reducción en el espesor de 0,05 mm podría desembocar en una reducción de entre un 6 y un 10 % de peso de la carrocería. Sin embargo, la reducción de espesor supone un debilitamiento de las características mecánicas de la carrocería, lo cual lleva a la necesidad de un análisis pormenorizado de todos los esfuerzos que debe soportar, con la localización precisa de su distribución.

Una vez conocida la distribución de esfuerzos sobre la carrocería es cuando se pueden delimitar las áreas de mayor o menor exigencia, que darán lugar a la división de una pieza en varias de distintos espesores, o a la utilización de refuerzos, o a la utilización de acero de diferente calidad, o bien a una combinación de varias de las alternativas. La utilización de aceros de mejor calidad, y de mayor precio también, es una solución habitual, y así tenemos como los manuales de reparación de carrocería de las marcas se han llenado de siglas, que en ocasiones cuesta descifrar. Podemos encontrar aceros endurecidos al horno (BH), aceros de alto límite elástico (HSLA), aceros de doble fasé y de fase compleja (DP y CP) o aceros de muy alto límite elástico (UHL), entre otros.

Sin embargo, también es verdad que en ocasiones, por cuestiones puramente comerciales, algunas piezas se fabrican con un material sobredimensionado, puesto que es más económico gestionar un único material para varias piezas, que materiales diferentes para cada pieza, lo cual lleva en algunas ocasiones a pensar erróneamente que se trata de una pieza con responsabilidad estructural cuando no lo es.

Otro intento de reducir peso del vehículo se ha llevado a cabo mediante la utilización de aluminio para la elaboración de parte de la carrocería o en algunos casos de la carrocería completa (p.e. Audi A8). Esta segunda opción supone un gran esfuerzo de diseño, puesto que los sistemas de unión clásicos para el acero no sirven y exige una nueva forma de pensar tanto en la fabricación como en la reparación, dejando estas construcciones como meros ejemplos de la capacidad tecnológica. La alternativa de la utilización de aluminio en ciertas piezas o subconjuntos independientes fijados mediante tornillos, como pueden ser capós, portones, o puertas, si que está  trascendiendo, y cada vez podemos encontrar más vehículos con el capó de aluminio, por ejemplo. Lo mismo puede decirse de los materiales plásticos. Basta comparar un vehículo actual con otro de hace unos años para comprobar como la superficie cubierta por los paragolpes, tanto delantero como trasero, ha aumentado considerablemente, reduciendo el tamaño de las aletas y del capó, llegando en algunos casos a convertir las aletas traseras en meros soportes de pilotos.

Y si en el caso de los materiales metálicos, resulta difícil identificar las diferentes calidades, en el caso de los materiales plásticos la diversidad de aditivitos y modificadores que se añaden hacen que cada material sea prácticamente específico para una pieza en concreto. Pero cuando hablamos de la utilización de un determinado material u otro, sea metálico o plástico, se debe ser capaz de diferenciar entre los requisitos de producción y los requerimientos de la pieza o

subconjunto. Así podemos encontrar constructores que a lo largo del periodo de fabricación de una pieza cambian el material con el cual se elabora, sin que por ello la pieza pierda prestaciones. La decisión del cambio puede venir motivada por un mal resultado o comportamiento de la pieza, por una evolución de los materiales y su coste, y por cambios en el proceso productivo.

A modo de ejemplo, se pueden citar ciertos componentes plásticos que en el proceso de fabricación del vehículo se montan sobre la carrocería, antes del pintado para garantizar el mismo color en toda la carrocería, y que durante el proceso de curado de la pintura son sometidos de forma única a una temperatura mucho más alta (125-150 ºC) que a la que pueden resultar expuestos durante la vida del vehículo, incluso durante el repintado en una cabina después de una reparación (60-80 ºC). Estos requisitos de fabricación, un elevado nivel reproducción y un reducido coste condicionan la utilización de un material u otro, más que los propios requisitos de la pieza fabricada.

FABRICACIÓN

La fabricación de automóviles se refiere a la producción industrial de vehículos automóviles en fábricas habilitadas para ello. La fabricación de automóviles requiere un capital humano y financiero muy importante. Dependiendo del tipo de vehículo, la cantidad de unidades a fabricar por día y el emplazamiento de la fábrica el grado de automatización puede variar considerablemente. Si las unidades a producir son muy reducidas entonces es rentable la producción manual en un taller, pues la inversión para una línea de ensamble no es viable. Igualmente, en países con costes laborales reducidos el grado de automatizaciónsuele ser menor y muchos procesos son manuales. En cualquier caso, en general se puede afirmar que el grado de automatización es alto.Los vehículos se fabrican normalmente en una línea de producción, que cuenta con numerosas estaciones donde operarios, fijos en cada estación, realizan el mismo trabajo en cada vehículo que llega. Los operarios pueden rotar 1 o 2 veces al día de estación a estación por razones ergonómicas (ej. en los EE. UU.) y trabajar de forma permanente en una estación (Europa). El desplazamiento de los vehículos de una estación a otra se basa se realiza siguiendo el principio de una cinta transportadora.

HISTORIA

En Estados Unidos, el diseño de automóviles alcanzó un momento crucial en 1924 en que el mercado nacional estadounidense de automóviles comenzó a alcanzar el colapso. Para mantener ventas de unidades General Motors, principalmente, Alfred P. Sloan Jr. ideó cambios anuales del diseño del modelo para convencer a dueños de coches de que necesitarían comprar uno nuevo de reemplazo cada año. Los críticos llamaron a esta estrategia "obsolescencia prevista". Sloan prefirió el término “obsolescencia dinámica”. Esta estrategia tenía efectos de gran envergadura en el negocio de los automóviles, el campo del diseño de producto, y eventualmente en la economía americana. Los competidores más pequeños no podrían sostener el paso y el costo del "rediseño" anual. Henry Ford no adhirió al cambio de modelo anual, porque él se aferró en las nociones propias de un ingeniero de la simplicidad, la economía en escala, y la integridad del diseño. Las ventas de Ford fueron superadas por las de GM en 1931 y después de eso, se convirtió en el competidor dominante de la industria. El cambio de diseño frecuente hace necesario utilizar una carrocería con chasis más liviana, pero menos flexible que la de diseño monocasco usada por la mayoría de los fabricantes de coche europeos. Otro momento crucial vino en 1935, cuando los ingenieros de automoción descuidaron precipitadamente la investigación aerodinámica después de descubrir, entre otros problemas, aerodinámicamente tenderían a producir una sola forma exterior óptima. Esto sería malo para las ventas de la unidad, [citación necesitada] y para el GM trabajaría obviamente contra su nueva estrategia de la diferenciación del mercado. El estilo y la ingeniería funcionaban de formas separadas, y todas las partes de la carrocería experimentaron cambios cosméticos cada año, en consecuencia, el automóvil subyacente había cambiado. Desde 1935 el diseño de automóviles ha sido conducido más por las expectativas del consumidor que por la mejora motriz. La formatodavía seguía la función, pero la función primaria del coche era conseguir mejores ventas. El estilista de automóviles estadounidense más famoso es probablemente Harley Earl, que trajo la aleta o estabilizadores y otras referencias aeronáuticas al diseño de automóviles en los años 1950s. Se unió a otros diseñadores legendarios como Gordon Buehrig, responsable de los autos "Auburn 851" y el icónico "Cord 810" y "812" (conocidos como el "Hupmobile Skylark" y el "Graham Hollywood").

ORIGEN DE LOS MATERIALES DEL MOTOR EN SU CONSTRUCCIÓN Y EVOLUCIÓN

Primero, ante todo voy a definir lo que es un motor: un motor es un sistema material que transforma una determinada clase de energía (hidráulica, Química, eléctrica, etc.) en energía mecánica. Máquina destinada a producir movimiento a expensas de otra fuente de energía.

Esta la historia y el desarrollo del motor:

-Los motores hidráulicos son los más antiguos conocidos (Herón de Alejandría, S. I a. J.C.), que utilizaban como fuerza primaria la energía de una masa de agua que cae desde cierta altura, llamada salto. Esta energía se transforma en trabajo útil disponible en el eje de la máquina, que antiguamente era la rueda hidráulica, actualmente la turbina. El motor nace por la necesidad de trabajos que, bien por duración, intensidad, manejabilidad o mantenimiento, no puede ser realizado por animales.

-Alrededor del 600 d. De J.C. aparecen los molinos de viento, que convierten la energía del viento en movimiento de máquinas.

-En 1712 el inventor inglés Thomas Newcomen (1663-1729) construye una máquina de vapor con pistones y cilindros que resulta muy eficiente.

-En 1770 el militar francés Nicolás-Joseph Cugnot(1725-1804) consigue amoldar su motor a vapor a su carreta.

-En 1782. El ingeniero escocés James Watt (1736-1819) construye una máquina a vapor mucho más eficiente que la máquina de Newcomen.

-En 1859 el ingeniero franco-belga Etienne Lenoir (1822-1900) construye un motor de combustión interna.

- En 1877 el alemán Nikolaus Otto (1832-1892) construye un motor de 4 tiempos.

- En el 1883 Germán W. Daimler construye un motor de combustión interna muy veloz.

-En 1884 el ingeniero inglés Charles Parsons (1854-1931) diseña el primer generador electrónico de turbina a vapor.

-En 1892 el alemán Rudolf Diesel inventa un motor (llamado motor diesel posteriormente) que funciona con un combustible que se prende a gran presión. En la práctica el motor resulta ser mucho más eficiente que los motores de combustión interna existentes en aquel momento.

-En 1903 los hermanos Orville (1871-1948) y Wilbur (1867-1912) realizan el primer vuelo con motor con su Kitty Hawk que usa un motor de combustión interna.

-En 1937 el ingeniero británico Frank Whittle (1907) construye el primer motor a reacción que funciona.

-En 1939 Hans von Ohain, ingeniero alemán, construye y pilota el Heinkel He 178, primer avión con motor a reacción.

-En 1970 se utiliza el motor a reacción con turboventilador, el más frecuente hoy en día en los aviones, sustituyendo a los antiguos motores 4 tiempos con hélices.

Se diferencian pricipalmente dos tipos de motor: de gasolina y de diésel.

Motor de gasolina: historia y funcionamiento

La gasolina, la cual se obtiene mediante la destilación fraccionada del petróleo, fue descubierta en 1857. Más adelante, en 1860, Jean Joseph Etienne Lenoir creó el primer motor de combustión interna quemando gas dentro de un cilindro. Pero habría que esperar hasta 1876 para que Nikolaus August Otto construyera el primer motor de gasolina de la historia, de cuatro tiempos, que fue la base para todos los motores posteriores de combustión interna. En 1885 Karl Benz comienza a utilizar motores de gasolina en sus primeros prototipos de automóviles.

El funcionamiento es el siguiente:El combustible se inyecta pulverizado y mezclado con el gas (habitualmente aire u oxígeno) dentro de un cilindro. La combustión total de 1 gramo de gasolina se

realizaría teóricamente con 14,8 gramos de aire pero como es imposible realizar una mezcla perfectamente homogénea de ambos elementos se suele introducir un 10% más de aire del necesario (relación en peso 1/16), a veces se suele inyectar más o menos combustible, esto lo determina la sonda lambda (o sonda de oxigeno) la cual envía una señal a la ECU. Una vez dentro del cilindro la mezcla es comprimida. Al llegar al punto de máxima compresión (punto muerto superior o P.M.S.) se hace saltar una chispa, producida por una bujía, que genera la explosión del combustible. Los gases encerrados en el cilindro se expanden empujando un pistón que desliza dentro del cilindro (expansión teóricamente adiabática de los gases). La energía liberada en esta explosión es pues transformada en movimiento lineal del pistón, el cual, a través de una biela y el cigüeñal, es convertido en movimiento giratorio. La inercia de este movimiento giratorio hace que el motor no se detenga y que el pistón vuelva a empujar el gas, expulsándolo por la válvula correspondiente, ahora abierta. Por último el pistón retrocede de nuevo permitiendo la entrada de una nueva mezcla combustible.

Motor diésel: historia y funcionamiento

Muchos lo consideraron un motor térmico en rendimiento elevado y menos contaminante. Ideado por Rudolf Diesel, de quien tomo el nombre genérico, este tipo de motor fue diseñado originalmente para fabricar con carbón pulverizado.

El 28 de febrero de 1892, Rudolf Diesel obtuvo la primera patente del motor que le hizo famoso. De hecho, este se diferencia de los de gasolina en un pequeño detalle: no precisa chispa para iniciar la combustión. Diesel, en su búsqueda de un motor de alto rendimiento, tuvo en cuenta que según los principios termodinámicos del físico N.L Sadi Carnot, uno de los padres de la termodinámica, existía la posibilidad de que una mezcla de aire y combustible pudiera explotar simplemente si se comprimía lo suficiente.

Durante años, los motores Diesel tuvieron aplicaciones limitadas a causa de dificultades prácticas.

Eran pesados, ruidosos y producirán grandes vibraciones. Su potencia, además, era muy inferior a la de los motores de gasolina de cilindrada similar. Solo la llegada de nuevas tecnologías, como el turbocompresor o la inyección directa, permitió que se popularizasen entre los automovilistas, hasta el punto de que, en el año 2000, en algunos mercados europeos, los turismos Diesel igualaron y superaron en ventas a los de gasolina. Sin embargo, en Estados Unidos continuaron siendo poco menos que anecdóticos.

Funcionamiento:El motor Diesel funciona por el principio del autoencendido o autoignición, en el que la mezcla aire-combustible arde por la gran temperatura alcanzada en la cámara de compresión, por lo que no es necesaria la chispa como en los motores de explosión. A continuación se explica el proceso.

En cuanto el combustible frio contacta con el aire que se encuentra a gran temperatura, comienza a elevarse su temperatura, formándose vapor alrededor de cada una de las gotas. El aire circundante se enfría y toma calor de la masa de aire comprimido, transmitiéndolo nuevamente a la gota de combustible que vuelve a calentarse hasta alcanzar su temperatura de inflamación. Cuando esto ocurre, comienza la combustión y el calor producido se pasa a toda la masa de aire y combustible restante, produciéndose su inflamación.El tiempo que transcurre entre la entrada de las primeras gotas y el inicio de la combustión se llama retardo a la inflamación, el cual representa el tiempo de giro del cigüeñal que transcurre entre el comienzo de la inyección y la inflamación del combustible.

Durante este periodo se está inyectando combustible de forma contínua.

Este fenómeno produce un picado particular, parecido a la detonación en los motores de gasolina, que aumenta a medida que lo hace el retardo a la inflamación. Para reducir este fenómeno es necesario que la combustión se inicie con el menor intervalo de tiempo respecto a la inyección, por lo que se usa un combustible con un alto grado de cetano asi como una buena pulverización del mismo, con relaciones de compresión elevadas y cámaras de alta turbulencia.

Piezas y partes del motor:

Piezas:

Partes de un motor: